ГЕОХИМИЯ РУДНЫХ ПОЛЕЙ МЕДИСТЫХ ПЕСЧАНИКОВ СТЕПНОГО ПРИУРАЛЬЯ

GEOCHEMISTRY OF CUPRIFEROUS SANDSTONE ORE FIELDS IN STEPPE PRIURALIE 

С.В. Богданов, С.В. Авраменко

S.V. Bogdanov, S.V. Avramenko 

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт степи Уральского отделения Российской академии наук (ИС УрО РАН)

(Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11) 

Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IS UB RAS)

(Russia, 460000, Orenburg, Pionerskaya Str., 11)

E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Изучение химизма окисленных медных руд степного Приуралья позволяет выделить не менее 4-х основных геохимических групп (1«чистой меди», 2 серебряной, 3 свинцовой, 4 цинк-никелевой и хром-никелевой специализации) с «конфликтным» составом. Горно-металлургические традиции бронзового века отличает высокий уровень. Истоки традиций восходят к древнеямным памятникам константиновского типа (IV тыс. до н.э.).

The chemistry of oxidized copper ores, that was studied in the steppe Priuralie, enables to distinguish not less than 4 basic geochemical groups (1 «pure copper», 2 silver, 3 lead, 4 zinc-nickel and chromium-nickel specialization) with a «conflict» composition. Metallurgical traditions of the Bronze Age are characterized by a high level of development. Origins of traditions go back to ancient hollow monuments of the Constantine type (4 thousand years BC). 

Наиболее известной частью исторических медных рудников степного Приуралья являются горно-металлургические комплексы Каргалинского рудного поля, образующие Каргалинский горно-металлургический район (ГМР) Приуральского древнего горно-металлургического центра (ГМЦ). Каргалинские рудники рассматриваются в трудах П.И. Рычкова, Н.П. Рычкова, И.И. Лепехина, Р.И. Мурчисона, Б.К. Ферстера, А.Н. Рябинина, Д.Н. Соколова, Н.Н. Тихоновича, К.В. Полякова, В.Л. Малютина, Е.Н. Черных и мн. др. В настоящее время большинство исследователей считает Каргалы эталонным горно-металлургическим комплексом геоархеологии и археометаллургии России и всего остального мира. Тем не менее, до недавнего времени внешний контур (степная периферия) Каргалинских рудников не был изучен. Специально не исследовалась геохимия Каргалинского и др. рудных полей Приуралья. В Новое и Новейшее время геологи изучали процентное содержание меди в рудах, особенности минерализации, глубины залегания руд и др. технические аспекты добычи полезных ископаемых. Сведения о рудниках, расположенных за пределами Каргалинского рудного поля, крайне ограничены, лаконичны, безадресны [2, 3, 5]. В первые десятилетия советской власти значительный интерес к окисленным рудам степного Приуралья во многом стимулировался недостаточно достоверной информацией геологов о «невероятном богатстве» отдельных рудопроявлений с содержанием меди от 10 до 20% [3]. Поскольку, образцы отбирались с обогатительных площадок и из шламово-обогатительных отвалов рудников бронзового века, то анализировались не руды, как таковые, а рудные концентраты, прошедшие пиротехническое обогащение. Содержание меди в необогащённых окисленных рудах Приуралья в среднем значительно скромнее – от 1,5 до 3%, единично – до 6%.

Геосистема исторических медных рудников степного Приуралья, соответствующая Приуральскому (Каргалинскому, по Черных Е.Н.) древнему ГМЦ, расположена в пределах Центрального Оренбуржья, юго-востока Башкирии и северо-запада Актюбинской области Республики Казахстан [1]. В ходе масштабных экспедиционных исследований 2016-2017 гг. авторами доклада по гранту РФФИ № 16-06-00323а «Разработка археологической карты исторических медных рудников степного Приуралья на основе изучения архитектоники наземного и подземного ландшафта с учетом геохимической специфики рудопроявлений» выявлено около 200 новых геоархеологических объектов, разработана схема районирования, уточнены площадные параметры геосистемы исторических медных рудников степного Приуралья – более 6800 км2 (общая протяженность Приуральского ГМЦ составляет 300 км, ширина – не менее 90 км). Геосистему исторических медных рудников степного Приуралья образуют многочисленные наземные и подземные горные выработки, представленные карьерами, глубокими шурфами, штольнями и шахтами. Все выработки сопровождаются отвалами, в том числе и рудными, имеются псевдокарстовые провалы над подземными выработками, осыпи и др. формы вторичного горнотехнического рельефа. На части наиболее ранних геоархеологических объектов обнаружены обогатительные площадки, ямы-печи по пиротехническому обогащению руд, шламовые отвалы. На целом ряде рудников выявлено несколько стратиграфических горизонтов выработок различных периодов бронзового века (IV-II тыс. до н.э.) и Нового времени (XVIII-XIX вв.).

Специфические черты архитектоники геосистемы исторических медных рудников степного Приуралья проявляются в нескольких аспектах: в ландшафте однородных местностей, представленных зональными типчаково-ковыльными и ковыльно-полынными степями с волнистым рельефом, рассеченным овражно-балочными системами долин Урала и Сакмары, составляющих четыре горно-металлургических района Приуралья, образующих единый Приуральский горно-металлургический центр; горнотехнические рудные объекты, как правило, образуют каркас крупных ландшафтных катен и сложных урочищ; псевдокарстовые горнотехнические ландшафты середины – конца голоцена в своем развитии подчинены действию палимпсестового парадокса Хабакова-Эдельшейна, заключающегося в восстановлении доюрских форм рельефа Южного Урала под действием коэволюционных причин (6, 10); в ландшафтно-археологическом аспекте геосистема неповторима, по масштабам разработок, протяженности, площадным характеристикам не имеет мировых аналогов.

В 2016-2017 гг. в ходе полевых работ, проводившихся в рамках гранта РФФИ, впервые изучена геохимия четырех основных рудных полей медистых песчаников степного Приуралья (рис. 1), выявлено, обследовано и задокументировано 196 геоархеологических меднорудных объектов, включая 76 медных рудников в Каргалинском (Сакмаро-Самарском) ГМР за пределами 12 основных участков-катен Каргалов, выявленных Е.Н. Черных; 47 рудников в Сакмаро-Юшатырском ГМР; 44 рудника в Сакмарско-Уральском ГМР; 22 рудника в Уральском левобережном ГМР; изучены материалы трех металлургических заводов Нового времени (Марганский завод братьев Эмерик конца XIX в. в окрестностях пос. Красноуральск на востоке Беляевского района Оренбургской области, Воскресенский и Верхоторский заводы XVIII-XIX вв. на юге Башкирии); определен химизм рудных материалов захоронений древнеямной культуры в долине Илека (Илекский и I Изобильненский курганные могильники) и поселений бронзового века (Турганикская и Ивановская стоянки в Красногвардейском районе Оренбургской области). При этом, большая часть геоархеологических меднорудных объектов (189) выявлена на основе дешифрирования космоснимков в 2016-2017 гг., затем подтверждена в ходе экспедиций и полевых исследований. Методами РФА и ИСП-МС установлен химизм свыше 700 образцов руд и продуктов пирометаллургического передела. 

Рисунок 1. Ареал исторических медных рудников степного Приуралья (Приуральского ГМЦ), выявленных в обследованных в 2016-2017 гг. Ведущие горно-металлургические районы (ГМР)

Все рудные объекты Приуральского древнего ГМЦ имеют близкое геологическое строение и связаны с верхнепермскими отложениями, преимущественно, татарского яруса. На северо-западном фланге ГМЦ горно-рудные объекты Каргалинских рудников (ГМР I) связаны с одной крупной широкой и пологой мульдой, простирающейся с северо-запада на юго-восток на 50-60 км (ширина 10-15 км), на этой площади скопились сотни тысяч рудных разработок разных типов эпохи бронзы и Нового времени. На периферии и за пределами мульды в 2017 году удалось выявить 73 обособленных горно-рудных объекта, разрабатывавшихся в древности и Новое время. На западе Сакмарско-Уральского ГМР (III), по-видимому, сохранился фрагмент этой мульды, отделенной от основного массива юрской депрессией и долиной Сакмары. Здесь сосредоточен крупный массив разновременных рудников, сопоставимый по масштабам разработок с участками Каргалов.

В эпоху бронзы разрабатывался верхний ярус пермских песчаников на глубинах от 1,5 м до 9 м карьерным и подземным способами, в Новое время – верхний и нижний ярусы (гл. 50-80 м). Достоверно установленных разработок бронзового века в нижнем ярусе не установлено. Основным минеральным сырьем (свыше 90%), использовавшимся на протяжении бронзового века являлись карбонатные минералы меди: малахиты (Cu2CO3(OH)2) и азуриты (Cu3(СО3)2(ОН)2), в меньшей степени – силикатные, представленные, преимущественно, хризоколлой ((Cu, Al)2H2Si2O5(OH)4∙nH2O) из кор окаменевших стволов деревьев пермского периода. В Новое время эти стволы не рассматривались в качестве металлургического сырья и штабелировались в отвалах. В Новое время окисленные руды медистых песчаников Приуралья нередко переплавлялись в смесях с сульфидными минералами меди.

Несмотря на широкую территориальную разобщенность рудопроявлений в пределах четырех горнорудных районов Приуральского ГМЦ, минералогический состав медных руд не испытывает больших колебаний. На основании РФА и ИСП-МС удалось выделить четыре геохимических группы руд медистых песчаников Приуралья, использовавшихся в древности и в Новое время [11]: группа «чистой меди»; группа серебряной специализации; группа свинцовой специализации; группа цинково-никелевой и хром-никелевой специализации. По площадям рудных полей окисленные руды указанных групп размещены мозаично. Ни одна из групп не преобладает абсолютно, сравнительно немногочисленна группа серебряной специализации, нередко руды этой группы содержат повышенное количество свинца.

Медистые песчаники Приуралья действительно отчетливо дифференцируются по наличию (отсутствию) свинца, серебра, хрома и цинка в сочетании с никелем, а индивидуальная комбинация этих минералов в древнем металле [4, 7, 8], является отчетливым признаком принадлежности к Приуральской группе. Медь в необогащённых рудах обычно составляет от 1,5 до 6%. В тысячах г/т в окисленных рудах содержатся железо, марганец, титан и барий. Маркерами принадлежности древнего металла к Приуральским медистым песчаникам выступают еще порядка 30 микроэлементов слабо фиксируемых РФА, но прослеживаемых по ИСП-МС: в нескольких сотнях г/т представлены хром, цинк, свинец, мышьяк, никель, серебро, стронций и ванадий; в десятках г/т содержаться олово, сурьма, кадмий, кобальт, висмут, уран и др. Основным источником марганца, железа и целого ряда других минералов, включая титан, уран, ванадий, стронций и мышьяк, вероятно, являлся псиломелан – сложный гидроксид марганца, комбинирующий с окисленными медными рудами. В группе «чистой меди» присутствуют все основные элементы (Ag, Pb, Cr, Zn и др.) в количестве менее 100 г/т.

Долгое время при изучении металла из древнеямных захоронений РБВ Приуралья (IV-III тыс. до н.э.) было непонятно присутствие соединений мышьяка. Предполагалось, что этот элемент попадал в металл из скрапов, в том числе, изделий, относящихся к кавказским импортам. Наши исследования показывают, что мышьяк в довольно заметных количествах присутствует во всех рудах Приуральского ГМЦ в соединениях с серебром, свинцом и серой. Геохимическая неоднородность сырья, его конфликтный состав, в сочетании с неизбирательностью горняков-металлургов древности и Нового времени к рудам (различали до 10-15 видов руд, но использовали все доступные рудные источники), свидетельствуют о довольно высоком уровне горно-металлургических технологий, культивировавшихся в Приуралье в древности и Новое время. Целый ряд проблем при плавке создавало исключительно высокое (до десятков тысяч г/т) содержание железа, марганца, хрома, титана в рудах всех геохимических групп МП Приуралья, сопоставимое в количественном выражении с медью. Соединения марганца в комбинации с железом, хромом, никелем препятствовали восстановлению меди из рудных материалов. Избыточное количество титана могло увеличить вязкость расплава настолько, что сплав переставал быть ковким, металл не мог разливаться по формам. Особенно значительные сложности представлял собой передел руд свинцовой геохимической специализации, поскольку металл, выплавленный из этой руды, обладал тенденцией к хрупкости. Тем не менее, орудия бронзового века, включая наиболее металлоемкие, не страдали дефектностью. Литейный брак возникал, как правило, в случаях, когда недостаточно равномерно прогревался материал литейных форм, а не по причинам наличия значительного количества свинца. Вероятно, горняки-металлурги бронзового века, как и их преемники в Новое время, практиковали многоступенчатый пирометаллургический передел рудных материалов перед финальной конвертирующей плавкой для изгнания в шламы и выжигания нежелательных примесей. Древнейшая фаза разработок медистых песчаников степного Приуралья связана с носителями константиновского культурного типа IV тыс. до н.э. древнеямной общности РБВ [1]. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Богданов С.В. Систематика комплексов древнеямной культуры востока Понто-Каспийских степей в контексте проблемы трансферта горно-металлургических традиций в Северную Евразию // Stratum plus. Вып. 2. Archaeology and Cultural Anthropology, Saint-Petersburg, Kishinev, Odessa, Bucharest, 2017. С. 133-157.
  2. Богачев В.Ф. Краткий очерк месторождений медных руд, бурого угля, селенита и др., в Тургайской области // Горный журнал. 1889. Вып. 3. С. 453-458.
  3. Гусев А.К., Богатырев В.В., Игонин В.М., Солодуха М.Г. Стратиграфия верхнепермских отложений Актюбинского Приуралья. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1968. 218 с.
  4. Дегтярева А.Д. История металлопроизводства Южного Зауралья в эпоху бронзы. Новосибирск: Наука, 2010. 162 с.
  5. Поляков К.В. Месторождения медных руд в районе среднего течения реки Урал // Горный журнал. 1925. Вып. 9.
  6. Хабаков А.В. Доюрский рельеф и древняя кора выветривания в южной части Южного Урала // Известия государственного географического общества. 1935. Вып. 2 (Т. LXVII). С. 165-196.
  7. Черных Е.Н. История древнейшей металлургии Восточной Европы // МИА. 1966. № 132. 144 с.
  8. Черных Е.Н. Древнейшая металлургия Урала и Поволжя // МИА. 1970. № 172. 185 с.
  9. Черных Е.Н. Каргалы. Т. I: Геолого-географические характеристики: История открытий, эксплуатации и исследований: Археологические памятники. М.: Языки славянской культуры, 2002. 112 с.
  10. Эдельштейн Я.С. Основы геоморфологии. М.-Л.: Гос. изд-во геологической литературы Министерства геологии СССР, 1947. 399 с.
  11. Юминов А.М., Богданов С.В., Ткачев В.В., Авраменко С.В., Манбетова Г.Р. Геохимическая характеристика руд исторических медных рудников степного Приуралья // Геоархеология и археологическая минералогия. Миасс: Ин-т минералогии УрО РАН, 2017. С. 35-41.

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!