Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 513, № 2, стр. 206-211

В настоящее время имеются доказательства участия полиметаллических расплавов не только в образовании обедненных флюидами высокометаморфизованных сульфидных месторождений, но также и в гидротермальных месторождениях (например, [1–5] и др.). Полиметаллические расплавы, содержащие халькофильные элементы с низкой температурой плавления (Ag, As, Au, Bi, Hg, Sb, Se, Sn, Tl, Te, Pb; LMCE по [2]), могут образоваться в результате частичного плавления ранее отложенной руды [6] или образоваться непосредственно из гидротермальных флюидов [7]. Такие расплавы обладают способностью поглощать Au из флюида, не требуя его насыщения (Au–Bi расплавы, [7]; Au–Bi–Te расплавы, [8]). Чаще всего расплавы висмута (модель LBCM “Liquid Bismuth Collector Model”, [9]) рассматриваются как “поглотители” для Au из недонасыщенных растворов (например, [10]). В последние годы появляются свидетельства участия других элементов в обогащении полиметаллических расплавов (например, Pb–Bi и Pb расплавы [11]; Au–Ag–Te расплавы [12]) и эффективном поглощении этими расплавами микроэлементов, в частности Au, из гидротермальных флюидов. Полиметаллические расплавы обладают высокой подвижностью из-за низкой вязкости, близкой к вязкости воды, что позволяет им легко мигрировать и концентрироваться в благоприятных структурах. Образование полиметаллических расплавов может приводить к локальной концентрации LMCE в рудах, что может отразиться на минералогии как редких, так и основных компонентов руд. Это важно как для экономической оценки месторождения, так и для оценки экологических рисков для окружающей среды при их разработке.

Особенностью полиметаллических расплавов, в отличие от силикатных, является то, что они при застывании образуют сложные срастания минералов, которые имеют тенденцию восстанавливать равновесие при очень низких температурах [2]. По этой причине свидетельства существования полиметаллического расплава обычно отсутствуют или слабо проявлены.

Светлинское золоторудное месторождение является примером крупного полигенного и полихронного месторождения [13]. Источники металлов, механизмы их концентрирования и перераспределения в рудах месторождения дискуссионны и, вероятно, множественны. Обнаружение нами в рудах минералов висмута и сурьмы, специфические минеральные срастания, высокие температуры образования рудных ассоциаций, а также сопряжение продуктивной минерализации с внедрением синорогенных гранитоидов и метаморфизмом амфиболитовой фации, позволило нам предположить возможное участие полиметаллических расплавов в концентрировании и перераспределении золота и других компонентов при образовании руд этого месторождения.

Светлинское золоторудное месторождение (54°17′ с.ш., 60°25′ в.д.) находится в Челябинской области в 40 км от г. Пласт (Южный Урал). Месторождение входит в число 15 крупнейших месторождений золота России: запасы золота оцениваются в 164 т при среднем содержании 1.44 г/т [14], а суммарные запасы, с учетом отработанных за 30 лет (с 1992 г.) – около 210 т. Месторождение расположено в Восточно-Уральской мегазоне в зоне сочленения Кочкарского антиклинория с Арамильско-Сухтелинским синклинорием. Нетрадиционные для Урала прожилково-вкрапленные золото-сульфидно-теллуридные руды концентрируются в глубоко метаморфизованных (до амфиболитовой фации) вулканогенно-осадочных и терригенных породах, залегающих в надинтрузивной зоне гранитоидного плутона [13, 15]. На месторождении выделяется два типа минерализации. Первый тип представлен вкрапленностью пирит-пирротинового состава во вмещающих породах; второй – системой сульфидно-кварцевых жил и прожилков, наложенных на зоны вкрапленной минерализации. Самородное золото в сульфидно-кварцевых жилах часто ассоциирует с теллуридами золота и серебра и имеет пробность 620–965. На месторождении выделено 3 стадии минералообразования: (1) кварц-пирит-пирротиновая с редкими халькопиритом, блеклой рудой, галенитом и самородным золотом; (2) кварц-пиритовая с шеелитом и (3) золото-теллуридная (главная продуктивная) с несколькими минеральными ассоциациями сульфидов, сульфосолей и теллуридов, разделенных локальными тектоническими событиями. Теллуриды обычно приурочены к трещинам в жильном кварце, образуя самостоятельные срастания, реже выделения в пирите, халькопирите, тетраэдрите. К наиболее ранним относятся мелонит, фробергит, алтаит в составе сфалерит-халькопирит-теллуридного парагенезиса. Далее следуют теллурантимон, теллуриды золота, петцит, их сменяют цумоит-гессит и гессит в составе халькопирит-тетраэдритового парагенезиса. Исследования флюидных включений в кварце разных генераций показали, что минерализация на Светлинском месторождении формировалась в широком диапазоне температур и давлений (200–400°C и 1–4 кбар). Температура минералообразования не снижалась от ранней к поздней стадии, но было зафиксировано снижение температуры внутри каждой стадии (1 – 315–286°C, 2 – 345–195°C, 3 – 405–295°C, [15]). Ранее также указывалось, что продуктивная минерализация образовалась в высокотемпературных условиях [13]. На месторождении проявлено два этапа метаморфизма: ранний, зеленосланцевой фации, и поздний, прогрессивная ветвь которого отвечает гранат-роговообманковой, а регрессивная – биотитовой и хлоритовой субфациям амфиболитовой фации. Максимальная температура прогрессивной стадии составляла ~660°С [13], приближаясь к верхнему температурному пределу амфиболитовой фации.

Детальные минераграфические исследования руд месторождения с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгеноспектрального микроанализа (РСМА), дифракции отраженных электронов (ДОЭ) обнаружили новые минералы формы сурьмы и висмута, не описанные ранее в рудах месторождения: ульманнит NiSbS, нисбит NiSb₂, бурнонит PbCuSbS₃, робинсонит Pb₄Sb₆S₁₃, теллурантимон Sb₂Te₃, монт-брейит (Au,Ag,Sb,Bi,Pb)₂₃(Te,Sb,Bi,Pb)₃₈, пампалоит AuSbTe, вавринит Ni₂SbTe₂, ауростибит AuSb₂, цумоит BiTe, теллуровисмутит Bi₂Te₃, волынскит AgBiTe₂, тетрадимит Bi₂Te₂S и минералы промежуточного состава ряда Sb₂Te₃–Bi₂Te₃ ((Sb_2 – xBi_x)₂Te₃, где 0.44 < x < 0.89 и (Bi_2 – xSb_x)₂Te₃, где 0.23 < x < 0.70). Использование масс-спектрометрии с индук- тивно-связанной плазмой и лазерной абляцией (ЛА-ИСП-МС) позволило изучить распределение LMCE в сульфидах из вкрапленных и жильных руд.

Ранний пирит по данным ЛА-ИСП-МС (использовались стандарты UQAC FeS-1 и MASS-1 SRM) содержит (в ppm): Au до 16.0, Ag до 146.3, As 4.3–58.2, Sb 0–50.8, Te 4.6–192.2, Bi до 76.4. Поздний пирит содержит (ppm): Au до 3.4, Ag 0.1–2.5, As 8.3–330, Sb 0.4–9.2, Te 1.9–152, Bi 0.1–0.6. Ранний пирит обогащен LMCE (Au, Ag, Sb, Bi, Te) по сравнению с поздним пиритом (рис. 1).

Рис. 1.

Распределение элементов с низкой температурой плавления (LMCE) в пирите разных генераций Светлинского месторождения.

Обнаружение разнообразия минералов висмута и сурьмы, среди которых есть новые для месторождения минералы золота – пампалоит, монтбрейит и ауростибит – позволило нам предположить возможное участие этих элементов в образовании полиметаллических расплавов в рудах месторождения. При изучении руд с помощью оптической и сканирующей микроскопии были обнаружены признаки плавления и образования полиметаллических расплавов на месторождении. К ним мы относим симплектиты калаверита и самородного золота на контакте монтбрейита и фробергита (рис. 2), а также многочисленные многофазовые каплевидные включения в тетраэдрите-(Zn), реже в пирите (рис. 3).

Рис. 2.

Симплектитовые срастания самородного золота и калаверита, возникшие при частичном плавлении монтбрейита. На врезке – изображение в характеристических лучах золота. Mnb – монтбрейит, Frb – фробергит, Au – самородное золото, Clv – калаверит, Alt – алтаит.

Рис. 3.

Примеры многофазных каплевидных включений, содержащих LMCE, в тетраэдрите-(Zn) в рудах Светлинского месторождения. (Sb_2 – xBi_x)₂Te₃, где 0.44 < x < 0.89.

Принимая во внимание экспериментальные работы для монтбрейита и системы Au–Sb–Te, мы полагаем, что при высоких температурах (>400°С) образование таких срастаний могло быть инициировано плавлением с дальнейшим участием реакций растворения-переотложения ([16] и ссылки в этой работе).

Полиминеральные включения округлой или каплевидной формы в тетраэдрите-(Zn) можно разделить на 3 группы: (1) многокомпонентные Sb–Bi–Pb–Te–Ag–Au включения размером 10–50 мкм, содержащие 3–5 минералов; (2) мелкие (5–7 мкм) Au–Ag–Te включения, содержащие обычно два минерала; (3) Sb–Bi–Pb–Te включения размером около 50 мкм, содержащие два минерала. Минеральный состав включений приведен в табл. 1.

Наиболее часто встречаются включения первой группы. Иногда в них присутствует халькопирит. Присутствие халькопирита во включениях полиметаллических расплавов типично для некоторых месторождений [4]. Самородное золото в составе включений низкопробное, в среднем Au_0.65Ag_0.35, иногда содержит примесь меди. В пирите присутствуют Au–Ag–Te включения, содержащие два-три минерала, часто в их составе присутствуют сульфиды (халькопирит, галенит, сфалерит). Если рассчитать состав включений (“капель”) по формулам входящих компонентов, предполагая их равные пропорции, то, как предполагают К. Чиобану и соавт. [10], расплавы с соотношением   компонентов между металлами (Au, Bi, Pb) и S (+Te, Se) ≥ 1 лучше подходят для вхождения в них Au. Мы наблюдаем выделения самородного золота во включениях с отношением ≥1. Но надо учитывать, что такие расчеты не представляют реальные составы расплава и используются для сравнения между ассоциациями во включениях. Возможно, мы наблюдаем разновременно образованные полиметаллические расплавы: сначала образовались расплавы, обогащенные Sb–Bi–Pb–Ag, позже Au–Ag–Te расплавы. Cформировавшиеся на ранних фазах процесса плавления полиметаллические расплавы могут содержать значительные количества Sb и Ag [2].

Максимальная температура метаморфизма амфиболитовой фации (до 660°С) могла способствовать частичному плавлению ранних сульфидов, обогащенных LMCE, и поступлению последних в полиметаллический расплав. Важную роль в снижении температуры плавления могло сыграть Ag: в системе PbS–FeS–ZnS–Ag₂S добавление всего 1 мас. % Ag₂S понижает температуру плавления на 28°С [1]. Многоэлементный состав включений затрудняет оценку температур плавления из-за отсутствия экспериментальных данных для таких многокомпонентных систем. Однако данные для тройных систем LMCE, образующих фазы во включениях, показывают наличие эвтектик в интервале температур, соответствующем условиям образования рудных жил и проявленного на месторождении метаморфизма. На основе тройных фазовых диаграмм при температуре ниже 400°С эвтектики существуют в системах Au–Ag–Te (304–330°C [17]), Au–Bi–Te (235–383°C [18]), Au–Pb–Te (388°C [19]), Au–Sb–Te (356–396°C [20]), Ag–Pb–Te (337°C). Эксперименты по плавлению включений, обогащенных Au–Ag–Te фазами и содержащих также алтаит, халькопирит, борнит и галенит [12], показали, что такие включения начинали плавиться уже при температуре 135–170°С.

Полученные нами данные об обогащении ранних сульфидов Светлинского золоторудного месторождения халькофильными элементами с низкой температурой плавления (LMCE), а также наличие в пирите и блеклой руде каплевидных включений, обогащенных LMCE, позволяет нам рассматривать механизм концентрирования и перераспределения золота и других компонентов полиметаллическими расплавами в рудах месторождения как один их возможных. Вероятно, на месторождении можно рассматривать вовлечение обоих механизмов образования полиметаллических расплавов – и при частичном плавлении сульфидов [6], и при образовании непосредственно из гидротермальных флюидов [7].