Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий исторический очерк и современное состояние проблемы 10
1.1. Краткие сведения по истории поисков и отработки объектов кварцевого сырья на Урале
1.2. Эволюция представлений о генезисе кварцево-жильных образований 14
Глава 2. Палеогеодинамические обстановки развития-урала, соответствующие им структурно-вещественные комплексы и их рудоносность 22
Глава 3. Геологические процессы и связь с ними кварцево-жильных образований 35
3.1. Собственно магматические образования 35
3.2. Кварцевые образования, связанные с пегматитовыми процессами
3.3. Кварцево-жильные образования пневматолито-гидротермального генезиса 39
3.3.1. Кварцевые образования пневматолитовых процессов 44
3.3.2. Кварцевые жилы гидротермального генезиса 49
3.4. Кварцево-жильные образования метаморфогенного генезиса 54
Глава 4. Онтогенические тины кварцево-жильных образований 56
4.1. Кварцевые жилы перекристаллизации 57
4.1.1. Кварцевые прожилки метаморфической дифференциации 57
4.1.2. Кварцево-жильмые тела перекристаллизации. 62
4.2. Кварцево-жильные тела замещения (метасоматические кварциты).78
4.3. Кварцево-жильные тела выполнения 87
4.4. Кварцево-жильные образования сложной онтогении 136
4.4.1. Кварцево-эюилъные-тела гранулированного кварца 137
4.4.2. Рудные кварцевые жилы 154
4.5. Формации и субформации кварцево-жильньтх образований Урала... 172
Глава 5. Геологические и физико-химические условия формирования и-размещения кварцево-жильных образовании Урала 175
5.1. Шовные зоны Урала и их роль в формировании крупных кварцево- жильных золоторудных и хрусталеносных месторождений» 175
5.2. Связь кварцево-жильных образований Урала с гранитоидами 184
5.3. Пространственная и генетическая сопряженность золоторудных, редкометальных и хрусталеносных кварцево-жильных образований -Урала186
Глава 6. Типоморфизм кварца различных онтогеничеєких типов как критерий геологических и физико- химических условий его формирования 194
6.1. Типоморфные признаки кварца Кочкарского золоторудного месторождения 194
6.2. Результаты исследования жильного кварца методами ЭПР и ИК - спектроскопии 207
6.3. Распределение элементов-примесей РЗЭ в кварцево-жильных образованиях Уфалейского и Светлинского рудных полей 218
Глава 7. Кварц как полезное ископаемое 229
7.1. Формация первично-зернистого кварца 232
7.1.1. Идиоморфные разновидности кварца 232
7.1.2. Зернистые агрегаты кварца (жильный кварц) 242
7.2. Формация вторично-зернистого кварца 247
Заключение 256
Библиографический список 257
- Эволюция представлений о генезисе кварцево-жильных образований
- Палеогеодинамические обстановки развития-урала, соответствующие им структурно-вещественные комплексы и их рудоносность
- Кварцевые образования, связанные с пегматитовыми процессами
- Кварцевые прожилки метаморфической дифференциации
Введение к работе
Актуальность работы. Кварц – наиболее распространённый в природных геологических телах минерал после полевых шпатов. Его образование связано с различными геологическими процессами и происходит в широком диапазоне термодинамических и физико-химических параметров. Кварц – основной минерал кварцево-жильных образований, которые являются объектами добычи рудных и нерудных полезных ископаемых.
Всестороннее изучение кварца рудных жил дает ценную информацию об условиях формирования самого кварца, кварцевых тел и связи рудной минерализации с жильным кварцем, а поэтому его всестороннее исследование необходимо для обоснованного прогноза и поисков новых площадей, перспективных для открытия месторождений кварцево-жильного типа. «Обычные парагенезисы минералов золота, олова, вольфрама, многих сульфидов с кварцем не случайны и определяются особыми свойствами кремнезема, являющегося главной средой, в которой переносятся рудные компоненты и с которой они кристаллизуются в кварцевых жилах или существенно кварцевых телах» (Юргенсон, 1984).
На объектах жильного кварца слагающий их кварц стал детально изучаться со второй половины XX столетия. Наблюдается устойчивая тенденция роста потребления особо чистого кварца – природного кварцевого сырья, генетические особенности которого позволяют получать из него товарный продукт, пригодный для наплава кварцевого стекла, используемого, главным образом, в электронной и полупроводниковой промышленности. Промышленность нашей страны испытывает большой дефицит в этом виде сырья.
Детальное изучение эндогенных кварцево-жильных образований всегда будет оставаться актуальным, поскольку расшифровка закономерностей их образования на основе новых физико-химических данных, полученных с использованием новейших технических достижений, расширяет возможности научного прогноза поиска месторождений металлических (золоторудных, оловоносных, вольфрам-оловянных и др.) и неметаллических (пьезооптического и кварцевого сырья) полезных ископаемых и создает научную основу для решения проблемы комплексного использования жильного кварца рудных и нерудных кварцевых тел.
Академик А.Е.Ферсман указывал, что «кварц представляет замечательный типоморфный минерал, который сыграет огромную роль в поисковой и разведочной деятельности, если будет изучен систематически и углубленно». Успешное выявление генезиса рудных и кварцевых месторождений прямо зависит от извлечения исходной генетической информации, большой объем которой зашифрован в виде текстурно-структурных характеристик кварцевых агрегатов, слагающих кварцево-жильные тела.
Целью работы является изучение онтогении кварцево-жильных образований Урала, сформировавшихся в разных геодинамических режимах; выделение формационных типов кварцевых тел; разработка геолого-генетических и физико-химических моделей образования кварцево-жильных тел, на основе которых в комплексе возможна наиболее полная расшифровка пространственно-временных условий формирования как отдельных кварцевых тел, так и их совокупности, образующих месторождения полезных ископаемых кварцево-жильного типа.
В процессе работы над диссертацией автором решены следующие задачи:
1. Изучение условий залегания и взаимоотношений с вмещающими горными породами, текстурно-структурных особенностей строения, минерального состава кварцево-жильных образований, локализованных в разных вещественных комплексах различных геодинамических обстановок Урала.
2. Типизация кварцево-жильных образований на онтогенической основе и выделение формационных типов кварцевых тел, позволяющих оперативно решать вопрос об их перспективности на рудную и нерудную минерализации.
3. Изучение преобразований кварцево-жильных образований в последующие стадии и этапы развития рудных полей. Оценка типоморфных признаков идиоморфных и зернистых агрегатов кварца разных онтогенических типов на предмет их промышленного использования.
4. Решение теоретических вопросов образования кварцево-жильных тел и выявление конкретных физико-химических условий и геологических процессов, приводящих к образованию крупных месторождений высококачественного кварцевого сырья.
Фактический материал и методы исследований. Основой для диссертации послужили личные наблюдения автора, принимавшего участие в изучении месторождений кварцево-жильного типа около 40 лет, а также многочисленные публикации по обсуждаемой проблеме. Автор в течение 13 лет принимал участие в разведке и изучении Светлинского хрусталеносного месторождения, одного из крупнейших хрусталеносных месторождений Урала, где собрал большой фактический материал, характеризующий геологию и кварцевые жилы хрусталеносного поля, на базе которого провел типизацию кварцевых жил и предложил новую классификацию их по онтогеническому принципу (Поленов, 1972). В 1973 году автор принимал участие в поисках и разведке пьезокварцевых объектов на территории Сомали, с 1978 по 1988 г г. руководил работами по разведке и отработке месторождений кварцевого сырья на территории Республики Казахстан, где продолжал собирать геологический материал по кварцево-жильным образованиям, а с 1988 по 1991 г г. возглавлял работы по поискам, разведке и добыче пьезооптического и жильного кварца и камнесамоцветного сырья на территории Уральского региона и продолжал набирать фактический материал по кварцевым объектам Приполярного, Среднего и Южного Урала. С 1993 года, участвуя в выполнении научно-исследовательских работ по изучению золоторудных месторождений Урала, автор имел возможность ознакомления и исследования кварцево-жильных объектов рудных месторождений полезных ископаемых.
Методической основой настоящей работы является системный комплексный пространственно-онтогенический анализ кварцево-жильных образований. Одна из основных методических особенностей в изучении кварцевых жил заключалась в детальном исследовании взаимоотношений минеральных индивидов и агрегатов, образующих кварцевые жилы. Такие наблюдения проводились в большом объёме в полевых условиях, а затем анализировались автором с использованием различных методов. Особое внимание при этом было уделено особенностям зарождения и роста минералов, последовательности их образования, взаимоотношению жил и вмещающих пород, минеральному составу жил.
В процессе работы над диссертацией автор лично побывал и в той или иной степени собрал и обработал фактический геологический материал по следующим месторождениям Урала:
- Светлинскому, Астафьевскому, Теренсайскому, Додо, Пуйве - пьезооптического кварца;
- Горе Хрустальной, Светлореченскому, Пугачевскому, Новотроицкому, Караяновскому - жильного кварца;
- Маукскому, Кузнечихинскому, Кыштымскому, Вязовскому, Ларинскому, Кундравинскому - гранулированного кварца;
- Каганскому, Золотой горе, Кировскому, Маукскому, Пильненскому Березогорскому, Куросанскому, Александрийскому, Благодатному, Березовскому, Кочкарскому, Гумбейскому, Айдырлинскому, Светлинскому, Кумакскому, Миндякскому – золоторудным.
Научная новизна
1. Предложена наиболее полная онтогеническая классификация кварцево-жильных образований. По способу зарождения основного минерала жил – кварца – кварцево-жильные образования подразделены на тела перекристаллизации, замещения, выполнения, рекристаллизации и сложной онтогении. Все онтогенические типы кварцево-жильных образований Урала подразделены на две формации (первично-зернистого и вторично-зернистого) кварца. Впервые выделены кварцевые жилы перекристаллизации.
2. Установлено, что кварцево-жильные рудные районы располагаются в жестких блоках (микроконтинентах) как среде, благоприятной по физическим свойствам и имеющей повышенное содержание кремнезема, а кварцево-жильные образования локализованы в шовных тектонических зонах, представляющих долгоживущие тектонические участки, заложение многих из которых на Урале произошло в рифейское время.
3. Обосновано, что кварцево-жильные образования могут быть продуктом одного, двух и трех геодинамических этапов, с присущей каждому этапу многостадийностью формирования кварцевых тел. Впервые показано, что с многоэтапностью связано преобразование кварца жил перекристаллизации, замещения, выполнения в так называемый гранулированный кварц.
4.Установлено, что подавляющая часть кварцево-жильных образований Урала сформировались в условиях геодинамического режима ранней и поздней коллизий, а кварцевые тела выполнения и замещения генетически связаны со становлением массивов гранитоидов тоналит-гранодиоритовой и гранитной формаций.
Практическая значимость
-
Предложена онтогеническая классификация кварцево-жильных образований, и их формационное деление служит инструментом для оценки перспективности кварцево-жильных образований на тот или иной вид полезного компонента уже на стадии проведения полевых геологоразведочных работ.
-
Выводы о локализации кварцево-жильных образований в шовных тектонических зонах и их многоэтапности формирования объясняют причину пространственной совмещенности рудной и хрусталеносной минерализаций и могут служить научной основой прогнозной оценки территорий на золотую минерализацию, горный хрусталь и особо чистый жильный кварц.
3. Применение онтогенической классификации кварцево-жильных образований в значительной степени помогает расшифровке стадийности и этапности формирования рудных и кварцевых месторождений. Всё это в комплексе расширяет перспективы обнаружения новых "нетрадиционных" кварцевых и золоторудных объектов, ранее считавшихся перспективными лишь на один из видов полезного ископаемого.
Защищаемые научные положения
1. Эндогенные кварцево-жильные образования Урала по способу формирования основного минерала – кварца на основе онтогенических критериев подразделяются на тела перекристаллизации, замещения, выполнения, рекристаллизации, сложной онтогении. Как правило, они формируются как мономинеральные кварцевые тела, которые в дальнейшем претерпевают многократные преобразования и являются благоприятной физико-химической средой для развития наложенной рудной и хрусталеносной минерализаций.
2. Кварцево-жильные образования Урала сформировались в коллизионных зонах преимущественно на активной континентальной окраине; формирование формации первично-зернистого кварца генетически связано с региональным метаморфизмом умеренных давлений и становлением гранитоидов тоналит-гранодиоритовой и гранитной формаций, а формации вторично-зернистого кварца – с повторным наложением метаморфизма не ниже амфиболитовой фации на первично-зернистый кварц ранее образованных кварцевых жил.
3. Типоморфные онтогенические черты кварцево-жильных образований обусловлены металлогенической и геохимической специализациями магматических очагов. Для структурно-вещественных комплексов ранней и поздней коллизий характерны свои типоморфные полезные ископаемые: для первой W, Au, Mо, для второй редкие металлы (Ta, Be и др.), пьезокварц, гранулированный кварц.
4. Индикаторное значение типоморфных свойств кварца различных онтогенических типов – реальный путь решения проблемы комплексного, безотходного использования кварцевого сырья.
Реализация результатов, апробация работы и публикации
За многолетний период выполнения исследовательских работ их результаты оперативно использовались при проведении геологоразведочных и добычных работ в системе ПО "Уралкварцсамоцветы", ПО "Казкварцсамоцветы" и Советской геологической экспедиции в Сомали. Предложенная онтогеническая классификация кварцево-жильных образований была использована при прогнозной оценке Уфалейского гнейсово-амфиболитового блока на особо чистое кварцевое сырье в составе работ по прогнозной оценке, выполненных ВНИИСИМСом по России.
Результаты проведённых исследований докладывались на III Всесоюзном симпозиуме по метаморфизму (Свердловск, 1977), на совещаниях ВПО "Союзкварцсамоцветы", "Прогнозирование, поиски и оценка месторождений пьезооптического камнесамоцветного сырья" (Москва, 1980, 1982), на конференции "Жильный кварц Урала в науке и технике" (Свердловск, 1983), I и III Всероссийских металлогенических совещаниях "Металлогения складчатых систем с позиций тектоники плит" (Екатеринбург, 1994, 2000), на годичных собраниях МО РАН (С.-Петербург, 1996, 2006; Москва, 2007; Екатеринбург, 2008), Всероссийской конференции "Метасоматизм и рудообразование" (Екатеринбург, 1997), Международной конференции "Проблемы генезиса магматических и метасоматических пород" (С.-Петербург, 1998), научных конференциях "Чтения им. акад. А. Н. Заварицкого" (Екатеринбург, 1998, 2002, 2003), Международной научной горно-геологической конференции "Топорковские чтения" (Рудный, 2001), Фёдоровской сессии (С.-Петербург, 2001), Международной научной конференции "Проблемы геологии полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа" (Новочеркасск, 2002), Научной конференции к 100-летию кафедры геологии и разведки месторождений полезных ископаемых СПГГИ (ТУ) (С.-Петербург, 2003), Всероссийском совещании "Современные проблемы формационного анализа, петрологии и рудоносность магматических образований" (Новосибирск, 2003), Всероссийском научном совещании "Минералогия Урала" (Миасс, 2003), Международном семинаре "Кварц. Кремнезём" (Сыктывкар, 2004), 5-м Международном симпозиуме «Минералогические музеи» (С-Петербург, 2005), Научно-практической конференции «85 лет геологической службе Урала» (Екатеринбург, 2005), Уральской минералогической школе (Екатеринбург, 2006, 2007, 2008).
Основные положения диссертации изложены в 8 монографиях и 114 печатных работах, в том числе 31 статья опубликована в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК.
Эволюция представлений о генезисе кварцево-жильных образований
Кварцево-жильные образования относятся к числу наиболее распространённых в природе геологических образований. Они встречаются в разных геологических обстановках и формируются в результате различных процессов минералообразования. С ними связаны многочисленные и разнообразные полезные ископаемые, в том числе пьезооптический кварц и кварц для плавки и варки специального стекла, золото, вольфрам, молибден и т. д.
Изучение кварцево-жильных образований неизбежно приводило многих исследователей к разработке разнообразных и в разной степени детализированных систематизации этих геологических тел. Историческая последовательность разработки классификаций кварцево-жильных образовании нашла отражение в трудах очень многих исследователей: А. И. Захарченко, (1955); Д. П. Григорьева, (1961); Д. В. Рундквиста, (1971); В. В. Буканова, (1974); Ю. М. Соколова и др., (1977); А. Г. Жабина, (1979); А. А. Кораго и А. А. Козлова, (1988); Е. П. Мельникова, (1988) и многих других. Систематизация кварцево-жильных образований проводилась по самым разным признакам. При её составлении за основу брались типы жиловмещающих тектонических трещин (Вакар, 1943; Карякин, 1953; Захарченко, 1955 и др.), морфология самих жил (Бородаевские, 1947; Захарченко, 1955; Лазько, 1957; Соколов и др., 1960; Карякин и Смирнова, 1967 и др.), минеральный состав жил (Бородаевские, 1947; Захарченко, 1955; Карякин и Смирнова, 1967 и др.), структурно-текстурные особенности жильного кварца, слагающего жилы (Соколов и др., 1960; Карякин и Смирнова, 1967; Кораго и Козлов, 1988 и др.), способ образования жил (Вертушков, 1937; Ермаков, 1946; Захарченко, 1955; Токмаков, 1957; Лазько, 1960; Карякин и Смирнова, 1967; Поленов, 1998,2002).
Если проанализировать принципы, на основе которых проведено разделение кварцевых жил на типы, то их можно объединить в две основные группы. К первой группе относятся классификации, основанные на генетических принципах, а ко второй - на характере жиловмещающих трещин, обусловливающих, в первую очередь, морфологию жил и их пространственное положение.
Большинство исследователей предлагают генетические классификации месторождений, а поскольку месторождения есть скопления полезных ископаемых, то логично полагать, что авторы классификаций образование рудных тел отождествляют с генезисом месторождений. Генетическая систематика месторождений горного хрусталя, разработанная рядом исследователей, основывалась на выделении двух главнейших генетических групп: месторождений, связанных с кварцевыми жилами, и месторождений, приуроченных к пегматитам. В соответствии с этим подразделением классификация внутри этих групп базировалась на различных принципах. Так, Н. П. Ермаков (1946) по условиям образования кварцевых жил выделил гидротермально-конкреционные (рудоносные и нерудоносные жилы) и латераль-секреционные (нерудоносные и хрусталеносные альпийские жилы). Он считал, что рудоносные кварцевые жилы возникли «в процессе регионального метаморфизма пород путём переотложения их вещества щелочными растворами» (Ермаков, 1946). В дальнейшем Н. П. Ермаков (1958) решающую роль в образовании хрусталеносных месторождений признавал уже не за метаморфизмом, а за ювенильными магматогенными растворами, которые в свою очередь вызвали гидротермальный метаморфизм, при этом он не отрицал и гидротермально-альпийское происхождение некоторой части месторождений горного хрусталя. Представления Н.П. Ермакова (1958) нашли отражение в созданной им классификации промышленных месторождений пьезооптического сырья. Он выделяет 3 класса месторождений: магматическо гидротермальные (гидротермальные образования магматического происхождения), гидротермально-альпийские и россыпные. Классификация Е. М. Лазько (1958) промышленных типов месторождений кварца, также построенная по генетическому принципу, близка к предыдущей. Он также выделяет классы месторождений: пегматитовые, гидротермальные, гидротермально-альпийские, латераль-секреционные и россыпные.
А. С. Гудков (1967) в качестве основы промьппленно-генетической классификации принял состав вмещающих пород. Он подразделяет месторождения на эндогенные и экзогенные и выделяет: месторождения в гранитоидах, в мономинеральных метаморфических породах и в полиминеральпых породах. Классификация А. С. Гудкова в дальнейшем была несколько изменена в генетическом аспекте (Коробейников и др., 1974), что сближает её с основными положениями классификации Н. П. Ермакова (пегматитовые, гидротермальные и россыпные месторождения). В схеме П. Г. Коробейникова с соавторами эндогенная группа месторождений относится к магматогенпым, и категорически отрицается существование в пределах хрусталеносных провинций СССР кварцевых жил альпийского типа, связанных с региональным метаморфизмом.
В систематике месторождений метаморфогенного типа, предложенной Ю. М. Соколовым и др. (1975), формация горного хрусталя относится к ортометаморфическому классу гидротермалыю-метасоматического генезиса. Дальнейшие исследования этой формации позволили детализировать и уточнить её положение среди других генетических типов месторождений и предложить новую систематику месторождений горного хрусталя и гранулированного кварца. При этом магматогенно-гидротермальпые и экзогенные месторождения полностью соответствуют группам месторождении, выделяемых предыдущими исследователями.
Особенно значительные успехи в понимании формирования текстур и структур связаны с работами Д. П. Григорьева и А. Г. Жабина (1961, 1975, 1979), детально рассмотревших строение самых различных агрегатов и проследивших жизнь минеральных индивидов от их зарождения до полного исчезновения. Онтогения минералов как специальное направление генетической минералогии возникло именно в связи со стремлением исследователей к возможно более точному — с мерой и весом - подходу при интерпретации структур и текстур агрегатов (Жабин, 1979).
Поиски онтогенических признаков минералов начались, естественно, задолго до первого употребления в науке термина «онтогения минералов». Работы исследователей Ф. Бекке, О. Мюгге, В. Гольдшмитта (кристаллографа), Г. Терча, Г. Кальба, М. А. Толстоголова, А. Н. Карножицкого, А. А. Ауэрбаха, А. П. Карпинского, Е. С. Федорова, А. Е. Ферсмана - это ранние вклады в генетическую минералогию. Более поздние труды Г. Г. Леммлейна, Д. П. Григорьева, И. И. Шафрановского, Н. П. Ермакова, Г. Н. Вертушкова, Т. Н. Шадлун, А. Д. Генкина, Н. В. Петровской, А. И. Гинзбурга, Б. В. Чеснокова, Ю. М. Дымкова, Н. П. Юшкина и других расширили знания в области генезиса минералов. Именно в нашей стране вышли из печати методические работы в данной области генетической минералогии: монографии «Онтогения минералов» (Григорьев, 1961), «Кристаллы минералов. Кривогранные, скелетные и зернистые формы» (Шафрановский, 1961), «Морфология и генезис кристаллов» (Леммлейн, 1973), «Онтогения минералов. Индивиды» (Григорьев, Жабин, 1975), «Онтогения минералов. Агрегаты» (1979), Топоминералогия (Юшкин, 1982).
Палеогеодинамические обстановки развития-урала, соответствующие им структурно-вещественные комплексы и их рудоносность
Конвекция вещества во внутренних частях Земли порождает геодинамику поверхностных оболочек, в том числе все тектонические, магматические, метаморфические и рудные процессы. Урал представляет собой хорошо сохранившийся, внешне довольно симметричный бивергентный ороген. В то же время по генезису, возрасту и вещественному составу слагающих его элементов он резко асимметричен и, в конечном итоге, является результатом коллизии двух очень разных по своему геологическолгу строению континентов: древнего Восточно-Европейского и молодого Казахстанского. Центральное место в уральской структуре не столько геометрически, сколько по логике геологических событий занимает океаническая рифтовая зона, состоящая из сменяющих друг друга по простиранию Тагильского и Магнитогорского палеорифтов (Овчинников, 1998). В соответствии с этим Урал четко распадается на две части, разделенные Главным Уральским разломом, идущим в подкоровое пространство и на поверхности фиксируемым полосой тектонического меланжа изменчивой ширины — от нескольких километров до 20 км. Внутри полосы, среди развальцованной серпентинитовой матрицы, находятся разновеликие блоки и пластины различных членов офиолитовой ассоциации и других пород (История...,1984). Западная часть, представленная Предуральским краевым прогибом, Западно-Уральской и Центрально-Уральской мегазонами, отвечает краю Восточно-Европейского континента с несколькими аллохтонами океанических и островодужных комплексов, имеющих корни в Главном Уральском коллизионном шве. Восточная - представляет собой сложный коллаж океанических, островодужных и микроконтинеіггальньїх блоков, некоторые из них имеют большие размеры и сохранили реликты первоначальной структуры, а большинство представляют собой мелкие тектонические пластины, образующие сложнейшее нагромождение.
Указанным геодинамическим режимам и отвечающим им геодинамическим обстановкам свойственны свои структурно-вещественные комплексы (рис. 2), а также генетические и формационные типы оруденения (табл. 2).
Интракратонное растяжение произошло в позднем рифее-кембрии. Ему предшествовало в раннем-среднем рифее образование системы внутренних авлакогенов и грабенов Евроазиатской платформы, вовлеченных в палеозое по западной периферии последней в структуру складчатой системы.
Геодинамическая рифтогенная обстановка к началу раннерифейского времени на Южном Урале и в прилегающих районах Восточно-Европейской платформы определялась возникновением своеобразного поднятия кристаллического архей-раннепротерозойского фундамента с расчлененным горным рельефом, вызванным подъемом диапира разуплотненной мантии, что, согласно классификации Е. Е. Милановского (1976), позволяет отнести их к сводово-вулканическиму типу.
В составе архейского тараташского гранулитового комплекса-преобладают метаморфизованные магматические породы: гиперстеновые плагиогнейсы? по эффузивам дацитового состава; двупироксеновые кристаллосланды и амфиболиты, соответствующие примитивным: континентальным; толеитовым базальтам; гиперстеновые габбро-диориты и диориты, относящиеся к непрерывно-дифференцированной известково-щелочной серии (пластовые интрузии или вулканиты). Метаосадочные породы представлены гнейсами (с биотитом, гранатом, кордиеритом, силлиманитом, графитом), кварцитами, графитовыми кварцитами и пластовыми телами магнетитсодержащих пород. Возраст гранулитового метаморфизма 2700 млн лет (Ленных, 1984).
Параллельно с формированием и заполнением рифтовых структур грубообломочным материалом на плечах рифта проявляется вулканическая деятельность. В нижней части разрезов появляются покровы трахибазальтов мощностью до 250-300 м и, по данным В. П. Парначева (1987), характеризующиеся высокой титанистостью (ТіОг до 2,7 мас.% и более), значительной щелочностью и железистостью; содержание пятиокиси фосфора около 0,7 мас. %. В верхних частях разрезов появляются низкотитанистые и высокоглиноземистые базальты толеитового типа (Парначев, 1987; Иванов, Русин, 1987; Коротеев и др., 1994).
Среднерифейское (юрматинское) время знаменуется заложением новой рифтогенной структуры к востоку от раннерифейских отложений (рис. 3), что, по-видимому, связано со смещением к востоку мантийного диапира. Базальные горизонты, представленные машакской свитой в Башкирском мегаанти-клинории, сложены конгломератами, кварцевыми и полевошпат-кварцевыми песчаниками; в Сысертско-Ильменогорском мегаантиклинории с этими отложениями сопоставляются высокометаморфизованные породы аракульской свиты, а в Кочкарском метаморфическом комплексе породы еремкинской толщи, в разрезе которой в настоящее время преобладают биотитовые, гранат-биотитовые, гранат-биотит-ставролитовые с силлиманитом, кордиеритом, амфиболовые и другие кристаллические сланцы, среди которых встречены прослои мраморов и графитистых кварцитов, несущие признаки наземно-континенталыюго происхождения (Болтыров и др., 1973; Парначев, 1987; Кейльман, 1974; Сначев и др., 1990; Маслов и др., 2001). Основные вулканиты машакского риолит-базальтового комплекса представлены преимущественно оливиновыми толеитовыми базальтами, характеризующимися повышенной меланократовостыо, железистостью (суммарное железо от 14,0 до 15,7 %) и щелочностью, содержание Ті02 = 1,5 - 2,2 % (Парначев, 1987). Для кислых вулканитов данного комплекса характерна повышенная меланократовость, высокое содержание фтора и редкоземельных элементов, среди которых преобладают легкие лантаноиды (Коротеев и др., 1994).
В середине и в конце юрматиния отмечались замедленная трансгрессия моря на выположенную сушу и формирование терригенных, мелководных отложений. Собственно бассейновые карбонатные, мелководные образования появляются в разрезе среднего рифея только в самом его конце - в авзянское время (Коротеев и др., 1994; Маслов и др., 2001). Известняки рудоносных литологических комплексов по сравнению с безрудными известняками имеют более высокие содержания Sr, Ва, В, F, Be, V, Mn, Ni (Анфимов и др., 1993). Наиболее высокие концентрации бария (317-1286 г/т) отмечены в известняках и доломитах авзянскои свиты, с которыми связаны месторождения барита (Анфимов, 1997). Рис. 3. Кинематическая модель формирования рифтогенных отложений и офиолитов среднего рифея Южного Урала. По (Коротеев и др., 2008).
С процессами подъема теплопотока и внедрения базальтовой магмы в нижние горизонты рифтовой призмы вулканогенно-осадочных пород и ее последующей дифференциацией в зоне Зюраткульского разлома связывается образование расслоенных титаноносных габброидов массивов Кусинско-Копанской группы. Вдоль висячего бока габбро залегают гранитные интрузии: связанный с базальтоидным магматизмом пшабиссальный Рябиновский массив и глубинный Губенский массив, оказывающий на габброиды контактовое воздействие (Штейнберг и др., 1959). Зюраткульский разлом располагается в восточном обрамлении протяженного машакско-шатакского рифта, выполненного комплексом осадочных и вулканогенных пород среднерифейского возраста. Вулканогенные накопления представлены в основном базальтами толеитовой серии, с которыми ассоциируют дайки и субинтрузивные тела риолитов. Габбро кусинско-копанского комплекса по петрохимическим особенностям близки к базальтам, а риолиты сопоставимы с рябиновскими гранитами (Краснобаев, Бородина, 1970; Штейнберг и др., 1959; Бородина и др., 2000).
Кварцевые образования, связанные с пегматитовыми процессами
Месторождения пегматитов принадлежат к числу объектов, характеризующихся крайней изменчивостью, многообразием минерального состава, внутреннего строения, формы и геологических условий залегания. Пегматиты широко развиты в массивах магматических горных пород, но известно множество крупных полей пегматитовых тел, расположенных целиком в толщах метаморфических пород. Многие пегматиты имеют простой минеральный состав, отвечающий составу обычных магматических пород, однако имеются пегматиты, содержащие огромное число самых разнообразных, частью редких минералов и при этом в таких высоких концентрациях, которые неизвестны ни в одном другом типе месторождений. Обычно распространены пегматиты массивного сложения, но часто встречаются тела с резко зональной текстурой или обладающие самым разнообразным и иногда очень прихотливым узором текстур, либо, наконец, с громадными полостями вігутри жилы, стенки которых покрыты великолепными друзами горного хрусталя и других минералов. Вокруг некоторых пегматитовых тел околоконтактовые изменения вмещающих пород почти незаметны, в друпгх эти изменения проявлены очень интенсивно и сильно развиты в глубь боковых пород. Встречаются тела длиной до многих сотен метров (и даже нескольких километров) и множество в несколько десятков метров, а вместе с этим широко распространены совсем небольшие тела с поперечным сечением в несколько десятков сантиметров (Никитин, 1968).
Автор принимал участие в изучении и разведке на пьезооптическое кварцевое сырьё пегматитовых месторождений Светлинского рудоносного поля, а в дальнейшем имел возможность познакомиться с пегматитами Казахстана, Урала, Алтая, Сомали.
Как отмечают многие исследователи, пегматиты, аплит-пегматиты, аплиты и аплитовидные граниты составляют единый генетический ряд, связанный переходными разностями. Одной из причин разнообразия пегматитов может быть сингенетичность или эпигенетнчность пегматитов по отношению к вмещающим гранитам. На это давно обращали внимание, но особо этот вопрос заострен А. И. Гинзбургом, считавшим, что при сингенетических и эпигенетических условиях "образуются совершенно различные пегматиты, отличающиеся по своему геологическому положению, по своим структурным особенностям, по морфологии рудных тел и представляющие совершенно различную практическую ценность, хотя состав их может быть весьма близким" (Гинзбург, 1952).
К факторам, влияющим на появление пегматитов разных типов, можно добавить ещё один, позволяющий объяснить целый ряд явлений, встречающихся в пределах изученных полей пегматитов. Этим фактором является представление о вертикальной многоочаговости в возникновении пегматитовых расплавов, периодически и последовательно появляющихся с глубиной в ходе формирования отдельных тел гранитов и о пульсационном характере развития пегматитового процесса. Периодичность возішкновеїшя расплавов и растворов, пульсационный характер пегматитового процесса — необходимое следствие становления тел материнских гранитов, а пегматиты — как продукт развития магмы во времени в определённом конкретном пространстве. В то же время пегматиты давно большинством исследователей рассматриваются как минеральные образования, занимающие положение, промежуточное между изверженными горными породами, с которыми они тесно связаны, и рудными жилами (Заварицкий, 1955). Следствием пегматитовых процессов является формирование кварцевых образований сложной онтогении - кварцевые ядра пегматитов.
Вопросы формирования гранитных пегматитов рассматриваются в большом количестве работ (Ферсман, 1932; Заварицкий, 1947; Власов, 1955; Никитин, 1955; Ермаков, 1950, 1960, 1965; Солодов, 1962). Одни исследователи, как А. Е. Ферсман и некоторые другие, считают, что пегматиты образуются из остаточного расплава, богатого минерализаторами, а А. И. Заварицкий, В. Д. Никитин главную роль отводят процессам перекристаллизации гранит-аплитовых пород под действием поровых растворов. Тем не менее результаты изучения кварца пегматитов приводят большинство исследователей к выводу, что в пегматитах кварц образуется в магматическую, пневматолитовую и гидротермальную стадии. Это находит подтверждение при исследовании топазо-морионовых пегматитов Волыни, кварц-флюоритовых пегматитов Казахстана, камерных пегматитов Урала.
Изучение топазо-морионовых пегматитов Восточной Волыни (Колюжный и др., 1966) показало, что до 70 % всего пегматитового тела составляет кварц. Кварцевая зона сложена крупноблоковым молочно-белым кварцем, в котором местами наблюдаются прозрачные участки не более 1-2 см в диаметре. Часто встречаются мелкие (3-10 см) полости, выполненные бесцветными или дымчатыми кристаллами кварца. Микроскопически в кварце встречаются многочисленные включения двух основных типов: 1) включения, находящиеся в полигональных залеченных трещинах или в плоскостях так называемых «сот», и 2) включения более поздние, пересекающие «соты». Включения, характеризующиеся «сотовым» размещением, очень мелкие (0,01—0,001 мм) и распространены наиболее широко. Результаты изучения основных типов включений в кварце из различных зон пегматита и общие валовые анализы содержимого включений позволяют сделать следующие выводы. 1. Отложение наиболее раннего кварца полевошпатовой и блоковой зон происходило при температуре выше 500-600 С и давлении 700-800 атм (т. е. до перехода Si02 в шізкотемпературную модификацию). 2. Резкое падение температуры, видимо, в результате моментального спада давления приводило к образованию полигональных трещин в кварце и последующему залечиванию их кипящим раствором (отделение углекислоты) при температуре 205-215 С и давлении 670-700 атм. Несколько выше были температура и давление при залечивании «сотовых» трещин в кварцевом обособлении полевошпатовой зоны (соответственно 220 С и 780-800 атм). Залечивание обычных трещин в кристаллах мориона светлым наиболее поздним кварцем происходило при температуре 235-245 С и давлении около 260 атм. 3. Кварцобразующие растворы отличались высоким содержанием углекислоты, особенно при отложении минерала до и во время а—Р превращения (что впервые отмечается во включениях «сотовых» трещин). Отделение углекислоты с изменением термодинамических условий приводило к вскипанию раствора дважды за время формирования кварцевой зоны и S занорыша. По-видимому, одним из факторов, неблагоприятно сказавшемся на качестве кристаллов мориона, был непостоянный, резко изменяющийся режим кристаллизации. 4. Водные вытяжки из различных участков пегматита характеризуются рН, колеблющимся в пределах 6,4-8,0. При этом наблюдается закономерное увеличение кислотности раствора с приближением к занорышу (Колюжный и др., 1966).
По данным Л. Ш. Базарова (1968) в пегматитах Центрального Казахстана кварц ядерных зон кристаллизовался (начальные этапы) совместно с кварцем блоковой и апографической зон. Интервал температур кристаллизации от 700 до 720 С, давлений от 1290 до 1000 атм. Формирование ядерного кварца оканчивалось при давлении не ниже 650 атм. Кристаллизация осуществлялась из растворов, имеющих различную плотность. В составе растворов, из которых осуществлялась кристаллизация ядерного кварца, присутствует свободная углекислота (СОг) в количестве 81,5 % (объемных) от состава газовой фазы во включениях (удельный объем СО2 от 100 до 145 см3/г). Кристаллизацией ядерного кварца оканчивается формирование основных структурных зон пегматита.
Кварцевые прожилки метаморфической дифференциации
Во всех геологических регионах, претерпевших стадию регионального метаморфизма, в той или иной степени наблюдаются явления метаморфической дифференциации, приводящие к образованию полосчатости горных пород, а также к образованию кварцевых прожилков (Судовиков, 1964; Казаков, 1970; Эшкин, Поленов, 1970; Попов, 1984; Жабин и др., 1991 и др.). Полосчатость метаморфического происхождения широко распространена и её значение сопоставимо со значением слоистости в неметаморфизованных породах. Вместе с тем метаморфическая полосчатость ещё очень слабо изучена как геологически, так и генетически.
Термин "метаморфическая дифференциация" понимается специалистами неоднозначно, и по этому вопросу не прекращаются дискуссии. Ф. Стиллуэлл (1918), первым использовал этот термин, обозначив под ним различные процессы, обусловившие развитие во время метаморфизма из первоначально однородной материнской горной породы различных минеральных ассоциаций. Ф. Стиллуэлл рассматривал метаморфическую дифференциацию в зависимости от главнейших химических и других процессов, растворения, диффузии в твёрдом состоянии и силы кристаллизации растущих порфиробластов.
Р. Эскола (1932) независимо от Ф. Стиллуэлла обратил внимание на петрографическое значение метаморфической дифференциации, разделив её на две главных категории: процессы внутренней метаморфической дифференциации, заключавшейся в перемещении вещества внутри метаморфизуемых горных пород на незначительные расстояния, и процессы внешней дифференциации, происходящие с перемещением вещества на значительные расстояния.
Такое разделение метаморфической дифференциации поддерживается Н. Г. Судовиковым (1964); близки к нему представления Н. А. Елисеева (1959), выделяющего внутри метаморфической метасоматическую дифференциацию. Однако Т. Барт (1956), Ф. Тернер и Д. Н. Ферхуген (1961) склонны под метаморфической дифференциацией понимать дифференциацию вещества в результате диффузионных процессов миграции ионов, составляющих метаморфическую систему, на короткие расстояния под влиянием местных перепадов их химических потенциалов и не включают в понятие метаморфической дифференциации вещества под действием инфильтрующихся растворов и флюидов, а также в результате массового смещения твёрдых частиц.
Автор под метаморфической дифференциацией понимает процессы перемещения вещества внутри метаморфизуемых горных пород на незначительные расстояния и приводящие к образованию минеральных ассоциаций, не связанных с процессами метасоматоза.
Наблюдения над контактами различных по составу метаморфических пород показывают, что во многих случаях отмечается увеличение контрастности состава в зонах непосредственного соприкосновения пород. Богатые фемическими минералами породы вблизи контакта становятся более тёмными за счёт увеличения количества темноцветных минералов, а контактирующие с ними лейкократовые породы осветляются. Мощность таких тёмных и осветленных зон обычно измеряется несколькими сантиметрами.
Такой- процесс контрастной дифференциации приводит к усилению существующей в породе слоистой текстуры. Представляется вероятным, что породы, обладающие плохой, нечётко выраженной слоистостью, в результате такого рода дифференциации могут приобрести слоистую текстуру с резким различием в составе слоев.
Для кристаллическіїх сланцев, сформировавшихся в условиях эпидот-амфиболнтовой и амфиболитовой фаций, весьма характерны тонкополосчатая, а нередко и глубокополосчатая текстуры, обусловленные чередованием прослоев преимущественно кварцевого состава с небольшим содержанием плагиоклаза и прослоев, сложенных исключительно слюдами (биотитом, мусковитом с гранатом). Мощность кварцевых прослоек обычно до 1 см. Такие прослои достаточно выдержаны по мощности на протяжешш первых метров, а зоны кварцевых прослоев прослеживаются на расстоянии первых десятков метров (рис. 7). Такие кварцевые прослойки сложены кварцем гранобластовой структуры размером до 2-5 мм.
Процессы метаморфической дифференциации автором детально изучены на Светлинском рудном поле, расположенном на Южном Урале. Одним из существенных явлений, обусловленных процессами регионального метаморфизма в этом регионе, достигавшем стадии амфиболитовой фации (Болтыров и др., 1973; Никитин и др., 1971; Поленов и др., 1973), является» дифференциация минералов, наблюдаемая в кристаллических сланцах (Эшкин, Поленов и др., 1970 г.). Рис. 7. Прожилки метаморфической дифференциации в биотит-амфиболовых гнейсах, деформированные при последующих коллизиях. Размер глыбы около одного метра. Карьер по отработке жилы 170, Кыштымское месторождение гранулированного кварца (Уфалейский метаморфический комплекс)
Характерным текстурным признаком пород метаморфического комплекса является кристаллизационная сланцеватость - тонкая делимость породы, обусловленная высоким литостатическим давлением, высокой пластичностью пород и дифференциальными перемещениями отдельных пластин относительно друг друга. При этом в условиях высокого литостатического давления давление между пластинами в плоскостях кристаллизационной сланцеватости будет резко снижено. Таким образом, дифференциальные послойные перемещения при пластических деформациях неизбежно сопровождаются появлением узколокализованных высоких градиентов давления. Согласно принципу Э. Рикке, разница в давлении на твёрдые фазы вызывает химическую миграцию вещества из участков с повышенным давлением к участкам с пониженным давлением. Перемещение компонентов происходит путём диффузии через поровые растворы, а скорость перемещения при прочих равных условиях зависит от величины градиента давления, а также от растворимости минералов и их устойчивости, а поэтому переотложению подвергаются минералы с наибольшей растворимостью. Так как растворимость кремнезёма по сравнению с другими компонентами значительно выше (Хитаров, 1952; 1953), то в кристаллических сланцах и гнейсо-сланцах метаморфического комплекса широким развитием пользуются сегрегационные прожилки.
Метаморфическая дифференциация в сланцах выразилась в отделении мусковита и темноцветных минералов, представленных биотитом, гранатом и ставролитом, в обособленные тонкие прослойки, а кварца с полевым шпатом - в свои плоскости. Такое разделение минералов порой достигает значительных масштабов и приводит к образованию грубополосчатой текстуры. Значительно реже сегрегация материала приводит к образованию маломощных непротяжённых прожилков (рис. 8). Их мощность никогда не превьпнает 0,1 м, а длина по простиранию и по падению - 0,5-1,0 м. Такие прожилки залегают согласно со сланцеватостью и участвуют в микроскладчатости. В отдельных зонах сегрегационные прожилки несут следы интенсивной деформации в виде будинажа и дробления. Сложены прожилки мелкозернистым кварцем гранобластовой структуры, размеры зёрен которого редко в 2-3 раза превышают размеры кварца, слагающего сланцы.
