ВВЕДЕНИЕ

Минералы группы медистого золота (интерметаллиды системы Сu-Au) - относительно редкие и наименее изученные из минералов золота. Промышленные концентрации этих минералов известны только в гидротермальных месторождениях. Самое известное из них Золотая Гора (Карабашское) на Урале. В другом известном месторождении Керр-Эдиссон (Канада), как и в Мелентьевском (Урал), минералы группы медистого золота развиты в подчиненном количестве.
Месторождение Золотая Гора расположено в главном зеленокаменном прогибе Урала - в Магнитогорском мегасинклинории, в центре Карабашского массива альпинотипных гипербазитов и контролируется телами родингитов. Месторождение, известное с середины XIX века, исследовали А.В.Николаев [1908], Е.А.Кузнецов [1928-1939], М.П. Ложечкин [1935-1939], А.А.Иванов и А.П.Переляев [Иванов, Переляев, 1941; Минералогия Урала, 1941; Иванов, 1948; Переляев, 1953], Н.И.Бородаевский [Бородаевский, 1947-1984], Т.Н. Шадлун [Бетехтин и др., 1958], П.В.Покровский [Покровский и др., 1979], А.Д. Ракчеев [Ракчеев, 1960-1977], Р.О.Берзон [Берзон, 1974-1985], М.И.Новгородова [Новгородова и др., 1977-1991]; В.Н.Сазонов [Сазонов, 1977-1999], В.В. Мурзин [Мурзин, 1983-1989], а также Г.В.Смирнов, С.С.Боришанская. А.В.Николаев и Е.А.Кузнецов описали рудоносные хлорит-диопсид-гранатовые породы как скарны и полагали, что Au оруденение тесно связано с этими "скарнами". Н.Д.Соболев [1952] установил, что это не скарны, а хлограпиты (хлорит-гранат-пироксеновые породы - ныне устаревший русский эквивалент термина родингиты). Н.И.Бородаевский считал, что оруденение Золотой Горы сопряжено с процессами превращения даек габброидного состава, секущих перидотиты, в хлорит-диопсид-гранатовые породы. А.А.Иванов отнес Золотую Гору к гидротермальным месторождениям диопсид-гранатовой формации. Р.О.Берзон на примере Золотой Горы выделил специфическую золото-родингитовую (золото-силикатную) формацию. В дальнейшем она выделяется в классификациях месторождений золота, разработанных сотрудниками ЦНИГРИ и Института геологии и геохимии УРО РАН. По мнению Р.О.Берзона, золотое оруденение тесно связано с процессами образования хлограпитов - родингитов, которые рассматривались им как апоперидотитовые метасоматиты. Золотая Гора рассматривалась как голотип золото-родингитовой формации.
Актуальность темы. Минералы группы медистого золота до настоящего времени изучены недостаточно. Проявления родингитов известны во множестве массивов серпентинизированных гипербазитов складчатых областей Земли, тогда как золотое оруденение приурочено к единичным телам родингитов. Наиболее известное, вскрытое в достаточной степени, в той или иной степени изученное многочисленными отечественными исследователями месторождение медистого золота в родингитах - Золотая Гора. Этим обусловлена актуальность углубленного комплексного изучения месторождения Золотая Гора.
Цели и задачи работы. Целями данной работы являлись: 1) составление сводки по минералам системы золото-медь и экспериментальным данным по ней; 2) исследование Карабашского рудного поля и определение особенностей геологической позиции месторождения Золотая Гора; 3) детальное изучение месторождения Золотая Гора, его геологического строения, петрографии, минералогии, геохимии; 4) исследование рудных минеральных ассоциаций Золотой Горы и параметров их формирования; 5) детальное изучение минералов группы медистого золота, параметров их образования, исследование эпигенетических преобразований этих минералов.
Научная новизна. Установлено, что родингиты Золотой Горы представляют собой метаморфизованные послеофиолитовые титанистые габбро-долериты и габбро-пироксениты, а не метасоматиты. Родингиты и окружающие серпентиниты возникли при региональном низкоградном метаморфизме пренит-пумпеллиитовой и пумпеллиит-актинолитовой фаций догранодиоритового возраста. Показано, что для метабазитов и гондитов пренит-пумпеллиитовой фации типоморфны минералы группы аксинита, уточнена их классификация, уточнена кристаллическая структура тинценита. Доказана длительная и сложная история формирования минеральных комплексов родингитов и серпентинитов Золотой Горы - Карабашского массива. Установлено, что в серпентинитах и родингитах этого массива, который окружен колчеданоносными вулканитами и аспидными сланцами, проявлена латеральная зональность по ассоциациям минералов Fe, Ni, Cu, Co. Выявлено влияние метаморфизуемых колчеданных залежей и пиритоносных толщ на минеральный состав cерпентинитов и родингитов маломощных тел и краевых частей крупных массивов (Карабашский и др.). В центральных частях Карабашского массива серпентиниты и родингиты содержат массу магнетита при почти полном отсутствии сульфидов, родингиты содержат существенные количества самородной меди.
В рудах Золотой Горы установлены предпродуктивные парагенезы: орселит + маухерит + магнетит, маухерит + брейтгауптит; магнетит + халькозин + самородная медь; самородная сурьма + купростибит + нисбит + златогорит + cейняйокит + галенит + свинец. Выявлена зональность продуктивной минерализации Золотой Горы по составу рудовмещающих пород : в лиственитизированных серпентинитах развито ртутьсодержащее серебристое золото; в лиственитизированных родингитах развиты минералы ряда Au-Cu в парагенезе с ртутистыми электрумом, кюстелитом и серебром. Установлено, что Золотая Гора отвечает крайне низкосернистой фации гипабиссальных плутоногенных гидротермальных месторождений Au. Формирование руд Золотой Горы происходило при log f S около - 20 при 280^оС и около - 27 при 180^оС, что на 8-10 порядков ниже, чем log f S стандартных месторождений Au.
Установлено, что минералы ряда Au-Cu - кубические аурикуприд Cu₃Au и метастабильный купроаурид CuAu, как и близкие к ним фазы возникли при воздействии золотоносных гидротерм на уже существовавшую самородную медь родингитов. Последовательность их образования: золотистая медь аурикуприд купроаурид фаза Cu₂Au₃ фаза Cu₂Au₃ + минерал CuAu₃ минерал CuAu₃. Поскольку минералы ряда Au-Cu почти не содержат Hg и Ag, в парагенезе с ними развиты амальгамы Au-Ag. Последовательность их образования: ртутистый электрум ртутистый кюстелит ртутистое серебро.
В процессе старения (отжига) купроаурид CuAu большей частью испытал превращение в тетрагональный тетрааурикуприд CuAu (аналог упорядоченной синтетической фазы CuAu-I) и менее в ромбический CuAu (рожковит (?) - аналог упорядоченной синтетической фазы CuAu-II). Выделения тетрааурикуприда и ромбического CuAu представлены агрегатами перекрещивающихся тонких двойников полиморфных переходов; размер этих двойников в срастаниях из центра рудных тел заметно крупнее, чем на их периферии. В процессе старения (отжига) нестехиометричные фазы (протофазы) CuAu_1+x, Cu₂Au₃, CuAu₂ испытали частичный до полного распад твердого раствора с обособлением стехиометричного CuAu и избыточного золота или минерала CuAu₃, которые образуют ламеллярные и тонкорешетчатые срастания.
В рудах Золотой Горы отсутствует сфалерит. Вероятная причина в том, что при процессах метаморфизма Zn был связан в шпинелидах. Очевидно, этим же обусловлена еще одна особенность руд Золотой Горы - наличие в них гипогенного гринокита, поскольку Cd из-за крупного размера атома, в отличие от Zn, не может входить в структуру шпинелидов и поэтому мог быть мобилизован при эпигенетических гидротермальных процессах.
Практическая значимость. Установлены критерии золотоносности родингитов, главные из которых наличие самородной меди и проявление наложенных процессов лиственитизации. Выделена особая крайне низкосернистая фация плутоногенных золотых руд. Составлен современный вариант геологической карты месторождения Золотая Гора в масштабе 1:25000. Создана учебная коллекция и учебный слайд-фильм по родингитам, серпентинитам, пропилитизированным и лиственитизированным породам, золотым рудам, минералам системы золото-медь, послерудным щелочным метасоматитам Золотой Горы, которые используются в учебном процессе кафедры минералогии МГУ.
Фактический материал и методы исследования. Полевые наблюдения, включая картирование месторождения Золотая Гора в масштабе 1:25000 и отдельных его участков в масштабе 1:1000 - 1:100 и обзорные работы по Карабашскому рудному полю и его периферии, проведены в 1993-2000 г.г. Отобраны более 500 образцов руд и более 700 образцов рудовмещающих пород. Единичные образцы золотых руд получены от Р.О.Берзона и Г.М.Левитана (ЦНИГРИ), из Геологического музея РАН им. В.И.Вернадского и Горного музея Санкт-Петербурга; коллекция из 1500 шлифов горных пород Карабашского рудного поля - от А.Д.Ракчеева (МГУ). Руды, метасоматические, магматические и метаморфические породы охарактеризованы по результатам изучения сотен шлифов и аншлифов, геохимических, термобарогеохимических, рентгено метрических анализов. Применена массовая распиловка образцов для изучения взаимоотношений минералов и минеральных агрегатов и поиска минералов Au. Выполнено около 300 микрозондовых анализов халькогенидов, шпинелидов, силикатов, карбонатов, микрозондовые анализы многих десятков золотин и агрегатов минералов золота (> 200 анализов). 13 химических анализов горных пород и руд выполнены методом рентгенофлюоресцентного анализа. В 4 образцах руд определены содержания платиноидов. Исследования индивидуальных газово-жидких включений выполнил В.Ю.Прокофьев (ИГЕМ РАН). Изотопный состав кислорода и углерода в карбонатах, магнетите и серпентине Золотой Горы определил В.И. Устинов (ГЕОХИ РАН).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях МОИП "Чтения памяти проф. И.Ф.Трусовой" (Москва МГГА, 1994, 1996, 1997); на научной конференции "Ломоносовские чтения" (Москва, МГУ, 1995, 1998); на международной конференции "Минералогический музей - 210" (Санкт-Петербург, 1995), на всероссийских межвузовских научных конференциях студентов, аспирантов, научных сотрудников и преподавателей российских вузов "Уральская летняя минералогическая школа" (Екатеринбург 1995, 1996, 1997, 1998, 1999); на III Уральском минералогическом совещании (Миасс, 1998), международной конференции "Минералогические музеи на пороге XXI века" (Санкт-Петербург, 2000); на IV Уральском петрографическом совещании "Магматизм, метаморфизм и глубинное строение Урала" (Сыктывкар, 2000); на международной конференции "Минеральное разнообразие - исследование и сохранение" (София, 2000). Материалы диссертации представлены в 2 монографиях, 17 статьях и 15 тезисах докладов.
Структура работы. Работа объёмом .. стр. состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 94 рис., 87 табл., библ. 578 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую искреннюю благодарность научному руководителю профессору Э.М.Спиридонову. Автор благодарен сотрудникам микрозондовых лабораторий геологического факультета МГУ - Е.В.Гусевой, Н.Н.Кононковой и Н.Н.Коротаевой за высокое качество анализов широкого круга минералов, Ф.М.Спиридонову (химический факультет МГУ), в лаборатории которого выполнены рентгенометрические исследования, Е.Л.Белоконевой за проведение ренгеноструктурных исследований, В.Ю.Прокофьеву, который выполнил комплексные исследования индивидуальных газово-жидких включений, В.И.Устинову, который определил изотопный состав кислорода и углерода, Г.Г.Кораблеву (ИМ УрО РАН), предоставившему отдельные материалы, Г.В.Моралеву (ИГЕМ) за ряд критических замечаний. Особую благодарность автор выражает И.П.Сучковой за неоценимую помощь при подготовке проб и обсуждении результатов работы. Работа была поддержана грантами РФФИ 96-05-65471 и 01-05-78088.

Минералы системы Au-Cu

Кубической минерал аурикуприд [Ramdor, 1967] отвечает синтетической фазе Cu₃Au I. В природных ассоциациях описан и тетрагональный Cu3Au [Некрасов и др., 1999]. Кубической модификации CuAu отвечает минерал купроаурид [Минералы. Т I, 1967]. Тетрагональный минерал CuAu, отвечающий упорядоченной синтетической фазе CuAu I, неудачно назван китайскими минералогами тетрааурикупридом [Chen et al., 1982]. Существование в природе ромбического CuAu, отвечающего синтетической упорядоченной фазе CuAu II, было относительно надежно показано Л.В. Разиным [1975]; минерал назван рожковитом. Ниже этот минерал именуется -ромбический CuAu (рожковит (?)). Существование такой фазы в агрегатах медистого золота Золотой Горы показали В.В.Мурзин и С.Г.Суставов [1989]. Кубический CuAu₃ известен в рудах ряда месторождений, для него нет утвержденного названия, ниже он именуется "минерал CuAu₃".