От редакции: В статье приведены краткие результаты исследований, выполненных группой специалистов из разных НИИ, под руководством генерального директора золотодобывающего предприятия «Иркутскгеофизика-3» Юрия Александровича Кузнецова. Подробные результаты исследований опубликованы в 2024-2025 году [1-4]. В дальнейшем мы поместим одну из статей полностью.
1. Актуальность проблемы
Сотни лет люди ищут, разведают и добывают россыпное золото исходя из парадигмы, что россыпь — это продукт механического разрушения коренных источников и гравитационной сортировки тяжёлых минералов в потоке. По этой логике крупность и количество золота в аллювии целиком «наследуются» от рудного источника, а роль приповерхностной химии и биоты ничтожна. На этой базе выросли методики поисков, разведки и опробования — от шлихового анализа до проектирования поисковых и разведочных работ и методов обогащения песков.
В то же время всегда были наблюдения, которые не укладываются в «чисто механическую» картину. Имеется множество данных о высоких содержаниях золота в россыпях, которое не выявляется обычными гравитационными методами. Сложно объяснить наличие самородков в районах, где нет коренных источников золото-кварцевой формации, а в рудных месторождениях золото исключительно мелкое. Эти факты известные для россыпных месторождений золота трудно объяснить «наследованием» от коренных источников.
Сокращение сырьевой базы россыпного золота и количества типичных россыпных месторождений заставляет обратить внимание на нетрадиционные объекты и для успешного их поиска попытаться разобраться их генезисом. Именно это привело к появлению химической модели, которая учитывает не только гидродинамику, но и процессы растворения → переноса → вторичного осаждения золота в гипергенной зоне — то есть физико-биогеохимические механизмы «доращивания» извлекаемых форм прямо в россыпи.
2. Методика и материалы исследований
Исследования проводились в течение 5 лет (2020-2024 год), они включали два логически связанных блока. Натурные наблюдения и отбор проб с привязкой к геоморфологии и гидрологии проводились в Бодайбинском районе на россыпи Хлебопек. Исследования проводились параллельно с производственной деятельностью. Для выполнения исследований на предприятии был организован специальный отдел с приглашенными специалистами из различных НИИ.
Лабораторные исследования проводились по переданным материалам в специализированных центрах — в Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (ИБХФ РАН, Москва), в ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН (Москва), во ВНИГНИ (Москва) и на профильных кафедрах Воронежского государственного университета (ВГУ) [2, 3].
Ручей Хлебопёк — левый приток реки Вача в Бодайбинском районе. Длина водотока около 15 км, притоки короткие — 1,5–2,5 км, что удобно для детальной «штучной» разведки и сопоставления разрезов по бортам. В геологическом основании — углеродистые сланцы венд–рифейского возраста (углеродистые алевролиты, филлиты, песчаники с тонкими карбонатными прослоями), прошедшие региональный метаморфизм порядка 520–570 млн лет назад. Кварцево-жильный материал в обнажениях есть, но роль его подчинённая; рядом с Хлебопёком известны рудные объекты золотосульфидной формации, в которых золото преимущественно тонкодисперсное. В аллювии Хлебопёка при этом регулярно встречаются крупные золотины и самородки (рис.1) — ключевой факт, побудивший сосредоточить здесь исследования [2, 3].
Климато-криогенные условия специфичны: многолетняя мерзлота мощностью 120–200 м влияет на циркуляцию над- и межмерзлотных вод и на расположение «реакторных» зон в разрезе. При бурении фиксировались повышенные притоки воды в мерзлых породах; эти горизонты выходят на поверхность незамерзающими ключами в устьях притоков и пропитывают современный аллювий. С миграцией таких вод связаны вынос Fe и S из сульфидов, развитие гётитовых корок и накопление тонких форм Au [2].
Ключевая морфогенетическая особенность участка — протяжённые полосы сплошной гётитовой цементации («мёртвые зоны») в верховьях Хлебопёка. Это естественные барьеры базального типа, которые «подпруживают» устья притоков, меняют фильтрацию и создают условия для коагуляции и фиксации золотоносных форм. Полевые наблюдения: «мёртвые зоны» узнаются по рыжим плотным прослоям и корочкам, безжизненным лужам, светлым выцветам сульфатов Fe на прибрежных камнях; типичные значения pH — 5,6–5,7 в озерцах «мёртвой зоны» и 7,1–7,2 в руслах выше/ниже [3].
В ходе исследований на месторождении Хлебопек проводились следующие работы. Отбор проб на местности: (а) валовые пробы (всего 28, массой порядка 0,85–1,0 т каждая) из русловых отложений и гале-эфельных отвалов; (б) шлиховые/концентрационные пробы из ключевых участков русла; (в) пробы воды и взвеси с фильтрацией по пороразмеру; (г) снятие поверхностных плёнок с зеркала воды («плавающее золото»). Каждый пункт привязывался к верхней границе «мёртвых зон», к локальным перепадам уклонов и к участкам возможных природных ловушек. Для исключения «сезонного» эффекта ряд сечений повторяли в разные фазы водности [3].
В маршрутах фиксировались геоморфологические элементы русла, мощность и протяжённость гётитовых прослоёв, признаки активной гётитизации (рыжие корочки, светлые выцветы сульфатов железа), состояние бортов, наличие органики и тонкодисперсного материала. Параллельно измерялись pH, температура и электропроводность воды; отмечались участки с визуальными плёнками и «опалесценцией» на поверхности — геологический признак присутствия коллоидных форм золота. Все точки фотографировались, координаты фиксировались по GPS, для последующей сверки с результатами лабораторной аналитики [2, 3].
Отдельно отмечены срастания Au с кварцем — зачастую с «наросшей» геометрией, невозможной при значительной транспортировке: золото образует выступающие лезвийные «языки», выходящие за границы кварцевого зерна. Аналитика вод показывает повышенный кремний (Si) в озерцах «мёртвой зоны», что указывает на образование тонкой плёнки геля кремниевой кислоты на кварце и адсорбцию на ней коллоидов Au — удобный механизм зарождения сростков. В сумме фиксируется весь эволюционный ряд форм: микро минеральные фазы соединений Au в сланцах → золи и гели золота, как в виде его «окисленных форм», так и Au0в обводнённых участках кор выветривания → золи и гели золота «плавающее золото», самородное Au в природных ловушках аллювия [2, 3].
По данным опробования в гале-эфельных отвалах и коре выветривания подтверждены значимые содержания золота и платиноидов (обычно >1–5 г/т по XRF, с подтверждением пробирным и масс-спектрометрическим анализом); при этом морфологии показывают микро- и субмикронные формы благородных элементов, что и объясняет слабую проявляемость гравитацией. В серии 28 валовых проб массой порядка 0,85–1,0 т каждая получены высокие содержания: в 5 пробах >30 г/т, в одной — порядка 105 г/т.
При отмывке дроблёного материала на доводочных приборах «гравитационно извлекаемого» золота не фиксировалось — металл находился в тонких/связанных формах и требовал иных режимов подготовки. На SEM отчётливо видны мельчайшие частицы на поверхности зёрен сульфидов (в т. ч. пирита, пирротина, халькопирита, кварца, слюд), что согласуется с лабораторными опытами по «выращиванию» Au из его комплексов в макроформы. В природных водах ручья и притоков раман-спектроскопия фиксировала наноразмерное Au⁰ (порядка десятков нанометров).
Срастания и цементация. Для аллювия типичны срастания Au с кварцем и гётитом с «наросшей» геометрией, плохо совместимой с дальней транспортировкой: встречаются мелкие самородки, в которых собственно золото «сшито» гётитом и аморфным/раскристаллизованным кварцем. Эти наблюдения укладываются в модель быстрого вторичного осаждения и укрупнения золота в зонах гётитовой цементации современного аллювия.
3. Физико-биогеохимическая модель образования россыпей
Золото, высвобождаясь из коренных пород, где оно может входить в состав более сложных минеральных форм (теллуриды, селениды, стибниты, интерметаллиды и др. [3]) вовлекается в экзогенную миграцию: при участии воды, органики и микробных сообществ оно переходит в ионные комплексы (например, тиосульфатные), образует коллоиды и золи мельчайших частиц Au⁰, адсорбируется на носителях-поверхностях (глины, оксиды Fe/Mn, органика),. Эти формы «невидимы» для традиционной гравитации — их выявляют аналитические методы [1–3].
Обозначения и переходы. Au⁰ — золото в нулевой степени окисления, то есть обычное металлическое (самородное) золото. В природе оно может растворяться (Au⁰ → Au1⁺/Au³⁺) и вновь осаждаться как металл (Au1⁺/Au³⁺ → Au⁰). Микро - и наночастицы Au⁰ играют роль «затравок»: на них могут быстрее нарастать новые слои металла.
Начало работы «природного реактора» начинает в зоне коры выветривания (зонах окисления геохимических аномалий, не обязательно «рудного» облика). Где сульфиды (например, пирит) начинают окисляться. В присутствии воды и кислорода уже в породах коры выветривания возникают лиганды серы (в т. ч. тиосульфат), и множества других лигандов [3], переводящие Au в подвижные комплексы. Ниже по склону, в локальных природных ловушках, местах с органикой, глинами, оксидами Fe/Mn и биоплёнками комплексы восстанавливаются, золото выпадает как Au⁰ и укрупняется на «зародышах». Но может и растворяться, так как к.г.м.н. являются даже более сильными окислителями, чем кислород. Всё зависит от соотношения окислителей – восстановителей. В аллювиальных фациях, при наличии природных ловушек, процесс укрупнения золота, в том числе и гравитационно - извлекаемого, может идти даже более быстро — счёт на годы, а не на тысячелетия; кинетические расчёты и эксперименты показали возможность искусственного «роста» небольших самородков при чередовании условий (заморозка/оттайка, доступ восстановителей) [1–3].
В руслах притоков ручья Хлебопёк и его долине «узлы роста», места, где наиболее часто встречаются крупные золотины, пространственно различаются. В руслах притоков они стабильно концентрируются на отрезках ~200–300 м выше начала участков сплошной гётитовой цементации русла, то есть на геохимическом барьере, где pH колеблется от 7,1 до 4,2. В самой зоне базальной гётитизации крупного золота нет, тогда как ниже крупного Au почти нет. Но оно есть и в значительных количествах в виде его тиосульфата. Гравитационно извлекаемого золота в зоне базальной гётитизации почти нет. Оно наблюдается или в виде отдельных чешуек, или удлинённых частичек (длиной до 2-х и, даже 3 – х см, при толщине в 2-3 мм). Ниже по долине ручья, где зона сплошной гётитизации начинает прослеживаться лишь фрагментарно, происходит процесс вымывания из базальных песчаников тиосульфатов, его восстановление и крупное золота опять появляется, но уже с другими примесями. Как в корах выветривания, так и в аллювии притоков и основной долины часто наблюдают «плавающее золото» и сростки Au–кварц и Au – пирротин, реже – пирит или слюды — признаки близкого осаждения и короткой транспортировки и возможной локализации. Эти «узлы роста» — естественные ловушки, где биогеохимический «реактор» работает особенно эффективно [3], и нано и микрочастицы соединений золота проходят все стадии: от комплексных соединений Au (иногда очень сложных по составу) через стадию коллоидов до микро и макро его форм.
4. Практическое значение новой модели
Новая модель говорит, что золото в россыпях не только перемещается и истирается, оно ещё и дорастает на месте. При этом может образовываться крупное золото и самородки без обязательного наличия их в рудных источниках. Богатые скопления золота и самородков могут возникать в неожиданных для сегодняшней парадигмы поисков местах. То есть при формировании россыпей золота важны не только коренные источники и гидродинамика потока, в котором формируется россыпь, но и участки, где химия и биота создают природные условия роста.
В свете новой модели иначе представляется проблема мелкого золота в россыпях. В настоящее время накоплено много наблюдений, когда гравитационного золота в песках нет, но методы анализа показывают содержания — граммы и даже десятки граммов золота на тонну. Вопросы локализации зон высокой концентрации негравитационного золота в россыпных месторождениях требуют дальнейшего изучения. Для прогноза нахождения россыпного золота становятся понятными давно уже выявленные практикой ориентиры, не вписывающиеся в теорию механического разрушения рудных объектов. Например: наличие гуминовых кислот на болотистых поймах, следы площадных пожаров, глины, гётитовые корочки, заметная перемена кислотности воды, «запах» железа, рыжие и белёсые налёты на камнях, короткие «ниточки» или корки аморфного кварца в разрезе, случаи фиксации «плавающего золота» и т.д.
Старые техногенные россыпи и отвалы могут быть богаче, чем представляется сегодня. Химические процессы в них не прекращаются. Серосодержащие растворы продолжают выщелачивать золото из тонких включений, биота меняет устойчивость комплексных форм золота, а ниже по гидросети металл может осаждаться заново — плёнками и микрочастицами. Некоторые техногенные россыпи способны довольно быстро «подкармливаться» золотом и быть интересными для повторной отработки. Через сезон–два рядом с естественными барьерами, при наличии, осознанно или неосознанно созданных искусственных, а чаще – природных ловушек в них снова может появиться извлекаемое золото. Это легко подтверждается кинетическими расчётами [4], опытом старателей и местного населения моющих такие техногенные отвалы.
Меняется подход к опробованию. Помимо обычной промывки песков нужны методики, которые «ловят» коллоиды/нано-фракции и адсорбированное золото (валовые пробы, щадящие выщелачивания, фильтрация по пороразмеру, электронная микроскопия, раман-спектроскопия). Иначе «невидимое» золото будет уходить мимо баланса.
В целом новая модель — это рабочий инструмент, расширяющий область поисков и позволяющий пополнять сырьевую базу. Практически это означает: уточнение критериев перспективности, перенос акцента на участки с активной органикой и тонкими носителями (глины, оксиды Fe/Mn), включение в опробование воды, плёнок и тонких фракций, а также мониторинг «живости» системы по простым полевым признакам. Для техногенных россыпей — планирование повторной отработки там, где сохраняются/формируются природные ловушки, и применение щадящих режимов, чтобы не разрушать коагуляцию и биоплёнки. Всё это в сумме обещает повысить эффективность поисковых и разведочных работ и даёт шанс получать дополнительное золото на уже известных объектах.
Литература
1. Варфоломеев С.Д. и др. «Физико-химическая модель формирования россыпного золота» — кинетика, автокатализ, поточная модель (три зоны) и параметры процесса. Основа описанной теории. Журн. физ. химии, 2024.
2. Кузнецов Ю. А., Грибанов, В. П., Варфоломеев, С. Д. и др. Изменения минерального состава пород в ряду «коренной источник – кора выветривания – россыпь» на примере золоторудного месторождения Хлебопёк (Бодайбинский район, Иркутская область). «Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология», № 1 (2024): Январь – Март.
3. Жабин А.В., Кузнецов Ю.А. Новая модель генезиса россыпного золота, Недра Поволжья и Прикаспия. Вып.118, май 2025 г.
4. Варфоломеев С.Д., Наумов В.А., Калиниченко В.Н., Кузнецов Ю.А. Физико-химические закономерности и механизмы образования металлического золота в техногенных минеральных формациях.Кинетическая модель процесса. Журн. физ. химии, июнь 2025.