Содержание к диссертации
Введение
1. Изученность камнесамоцветного сырья шерловогоркого месторождения 10
1.1. История отработки и изучения месторождения камнесамоцветного сырья Шерловой Горы 10
1.2. Изученность Шерловогорского месторождения на камнесамоцветное сырье 20
2. Шерловогорское месторождение и место в нем минеральных тел с камнесамоцветным сырьем 30
2.1. Структурная и петрологическая характеристика Шерловогорского массива 30
2.2. Петрохимическая и геохимическая характеристика гранитов 39
2.3. Эволюция Шерловогорской рудномагматической системы и стадийность рудообразования 46
3. Морфология и состав минеральных тел с камнесамоцветным сырьем, как отражение условий их образования 54
3.1. Морфология рудных тел и закономерности их развития 54
3.2. Минеральный состав жил и вмещающих пород 56
3.3. Условия образования минеральных тел с камнесамоцветным сырьем .64
4. Характеристика камнесамоцветного сырья и физико-химические условия его образования 82
4.1. Берилловое сырье 82
4.1.1. Кристалломорфологическая характеристика бериллового сырья Шерловой Горы 82
4.1.2. Зональность в распределении окраски кристаллов берилла, ее причины 84
4.1.2.1. Основные хромофорные центры 84
4.1.2.2. Цветовая зональность кристаллов берилла Шерловой Горы 90
4.1.3. Сравнительная характеристика состава бериллового сырья Шерловой Горы, Бразилии и Мадагаскара 98
4.2. Особенности топазового сырья Шерловой Горы 101
4.3. Особенности кварцевого сырья Шерловой Горы 105
4.4. Качественные характеристики ювелирных камней 108
Заключение 114
- Изученность Шерловогорского месторождения на камнесамоцветное сырье
- Эволюция Шерловогорской рудномагматической системы и стадийность рудообразования
- Условия образования минеральных тел с камнесамоцветным сырьем
- Особенности топазового сырья Шерловой Горы
Введение к работе
Ювелирные и поделочные камни - минеральное сырье для производства разнообразных ювелирных и художественных изделий. Российская Федерация располагает крупной сырьевой базой цветных камней, одной из основ которой является Забайкалье. Поражает своим многообразием месторождений самоцветов Забайкалье. А.Е.Ферсман заметил, "что будущее забайкальских драгоценных камней обеспечено не только из-за богатств, таящихся в самих недрах, но и в связи с благоприятными условиями их залегания".
Восточное Забайкалье уже с первой половины XVIII века, благодаря открытию в 1723 году Иваном Гурковым цветных камней на Шерловой Горе, стало известно как важнейший источник аквамарина, высоко ценившегося в те времена в Европе. Затем, с открытием пегматитов с самоцветами в Борщовочном кряже и Адун-Челоне в Европу хлынул поток не только аквамарина и ценнейшего винно-желтого топаза, но и великолепных рубеллитов. Но интерес исследователей и чиновников в первую очередь был направлен к Шерловой Горе. Это месторождение стало «эталоном» камнесамоцветной минерализации Забайкалья. За более, чем 250 лет оно дало более 4,5 т бериллового ювелирного кристаллосырья. Общие запасы и ресурсы оцениваются примерно в 12500 кг, что ставит месторождение в разряд крупного источника КМС.
Месторождение изучали - А.И.Карамышев (1762-1765), П.Паллас (1773), Е.Патрен (1785), В.Севергин (1807), А.И.Кулибин (1828), В.Д.Титов (1855), минералог П.П.Сущенский (1914-1917). Месторождение посещал А.Е.Ферсман (1929). К началу XX века относятся открытие вольфрамовых, а затем оловянных и висмутовых россыпей и начало их отработки. Значительный вклад в познание этих месторождений, в том числе и Шерловогорского, внесли геологи М.М.Тетяев (1918), А.К.Болдырев и Я.А.Луи (1929), О.Д.Левицкий (1933-1939), Н.В.Ионин (1931), В.А.Гущин и
П.Т.Белов (1951-1960 гг), В.В.Аристов (1960), А.И. Кулагашев (1968, 1974), А.И.Зуев и В.П.Гаврилова (1970-71гг.), Е.И.Доломанова (), О.Д.Онтоев (1974), В.Ф. Барабанов (1975), Н.А.Артамонова (1976), М.П.Николаенко (1977), Б.А.Гайворонский (1979), Ю.П,Трошин (1971-73гг.), Ю.И.Сычев (1976-80гг.), Г.А.Юргенсон (1991-2003гг.).
Шерловогорская рудномагматическая система (ШРМС) относится к одной из уникальных по условиям образования и разнообразию минеральных рудных ассоциаций. В рудах, связанных с нею, открыты и впервые описаны в мире скородит, бисмутит, заварицкит и сделаны первые находки в России ферберита, молибденита, гелиодора, висмутина. Общее число минеральных видов достигает 100.
Несмотря на длительную историю изучения Шерловогорского месторождения самоцветов, еще недостаточно определены физико-химические характеристики минералообразующей системы, есть лишь общие сведения о составе и природе зональности кристаллов берилла, не установлены конкретные поисковые признаки грейзеновых тел с полостями, содержащими самоцветы, не выявлены закономерности локализации таких тел и гнезд с кристаллосырьем, нет однозначных доказательств возможности использования в качестве ювелирного сырья кристаллов топаза и кварца.
Актуальность работы определяется необходимостью иметь четкие представления о физико-химических характеристиках условий образования и локализации качественного ювелирного и коллекционного сырья Шерловогорского месторождения, которые стали бы научной основой для организации рентабельной его отработки.
Объектом исследования является камнесамоцветное сырье (группа берилла, топаз и цветные разновидности кварца), связанное с Шерловогорским месторождением, представляющее собой ценное полезное ископаемое, используемое в ювелирном производстве и в коллекционных целях.
Предметом изучения являются: 1) условия локализации, морфология, минеральный состав жильных образований, продуктивных на камнесамоцветное сырье, физико-химические условия их образования; 2) химический состав, зональность и природа окраски кристаллов берилла, топаза и кварца, являющихся главным полезным ископаемым.
Целью работы является уточнение условий образования продуктивных тел с камнесамоцветным сырьем, условий кристаллизации качественного сырья, выделение его новых видов, создание научной основы для разработки критериев локального прогноза в пределах Шерловгорского месторождения.
Фактический материал и методы исследований. В диссертационной работе обобщены результаты исследований камнесамоцветного сырья группы берилла, топаза и кварца, выполненные предшественниками, а также каменный материал, полученный лично автором в результате изучения Шерловогорского месторождения. Собраны и систематизированы фондовые и литературные материалы. Автором проведены полевые работы(2001-2004гг.) с отбором проб камнесамоцветного сырья для изучения условий образования месторождения, минералого-геохимических и геммологических исследований (306 проб вмещающих пород и жильного материала), оценка качества сырья (кристаллов и их фрагментов берилла (1490), топаза (1048) и кварца (250)). Изучены кристалломорфологические свойства, химический состав минералов группы берилла и топаз, вмещающие породы. Исследования химического состава берилла проводилось на образцах, отобранных автором, подготовленных О.А.Озеровой и Т.В.Чеверевой, на волновом микрозонде САМЕВАХ SX 50 фирмы САМЕКА (кафедре минералогии МГУ, аналитик И.А.Брызгалов). Анализ химического состава вмещающих пород выполнен в аналитической лаборатории ГИН БФ СО РАН (г. Улан-Удэ) В.А.Ивановой, И.В.Боржоновой, И.В.Бардамовой. Соотношение Н20 / СОг в кварце определено методом ИКС (32 образца) в лаборатории минералогии ЗабНИИ А.А.Чепуштановой, О.А.Распопиной, А.А.Козаченко
Защищаемые научные положения.
Камнесамоцветное сырье Шерловогорского месторождения сформировано на интрузивном этапе функционирования Шерловогорской рудномагматической системы (ШРМС) и связано с морионовыми гранит-порфирами, приурочено к апикальным частям Шерловогорского массива и образовалось из остаточных расплавов, обогащенных бериллием и летучими. Второй этап функционирования ШРМС характеризуется образованием преимущественно субвулканических тел кислого состава, с которыми связано олово-полиметаллическое оруденение, наложенное на ферберит-берилл-топаз-кварцевые тела и оказавшее негативное влияние на камнесамоцветное сырье.
Минеральные тела Шерловгорского месторождения с кондиционным камнесамоцветным сырьем являются продуктами эволюции закрытых минералообразующих систем.
Окраска и ростовая зональность кристаллов берилла, определяющие их качество как ювелирного сырья, обусловлены распределением примесей-хромофоров. Максимальные содержания Сг и V в зеленых бериллах Шерловой Горы являются обоснованием для выявления изумрудной минерализации. В качестве новых видов ограночного сырья для месторождения возможно использовать топаз и цветовые разности кварца.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые с позиции связи камнесамоцветного сырья с ШРМС обобщены данные по петрологии, минералогии, геохимии Шерловой Горы; получены новые данные о химическом составе ювелирных разностей берилла и топаза; проведено сравнительное изучение состава бериллов Шерловой Горы, Бразилии и
Мадагаскара; изучена цветовая зональность кристаллов бериллов и выявлена ее связь с изменением химического состава; впервые в зеленых разностях берилла установлено присутствие хрома и ванадия; впервые обоснована возможность использования кварца Шерловой Горы как ювелирного и поделочного сырья; установлено, что в топазах по вертикали возрастает содержание фтора; на основе использования условных потенциалов ионизации установлена единая последовательность образования минералов в комплексе, содержащем ювелирные камни; обобщены данные по кристалломорфологии, цветовой зональности и другим геммологическим свойствам минералов группы берилла и топаза Шерловогорского месторождения, определяющих их ценность, как камнесамоцветного сырья.
Достоверность научных положений обусловлена значительным объемом полевого материала, полученного, как лично автором, так и предшественниками, статистически достаточными аналитическими данными, полученными с использованием современных методов изучения вещества.
Практическая значимость работы состоит в том, что результаты работы могут быть использованы для освоения месторождения и разработки критериев локального прогноза новых тел с камнесамоцветным сырьём (КМС), рекомендовано использовать как ювелирное сырье топаз и кварц.
Личный вклад автора. В течение четырех полевых сезонов (2001-2004 гг.) непосредственно автором изучались условия локализации, морфология и минералого-геохимические особенности минеральных тел ШРМС, содержащих КМС, проведено опробование, изучение геммологических свойств и качества сырья; аналитическая обработка результатов. Обобщены обширные фондовые материалы и литература.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на V и VI-ой Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» в Москве, в 2001 и 2003 гг; в рамках конференции «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» в 2001 г., г.Чита; на I- и И-м симпозиумах «300 лет горнозаводского дела Забайкалья»; на 4- и 5-м
международном симпозиуме по геологической и минерагенической корреляции сопредельных районов Китая, России и Монголии в 2002 и 2003 гг, г.Чаньчунь, Китай.
Структура работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, 4 глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Диссертация изложена на 130стр. машинописного текста, содержит 32 рисунка, 20 таблиц, 10 фотографий в приложении, список литературы включает 117 наименований.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ.
Благодарности. Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю д-ру геол.-минер.наук Г.А.Юргенсону за внимание и помощь в проведении исследований, советы и конструктивную критику при подготовке диссертации. Автор благодарит канд. геол.-минерал.наук Б.Н.Абрамова, м.н.с. М.А.Солодухину за помощь в подготовке проб к анализу. Особую признательность выражает проф. О.В.Кононову, а также Т.В.Чеверевой, О.А.Озеровой, Ю.А.Масленниковой за помощь в проведении микрозондовых анализов и предоставление микрозондовых данных для бериллов из Мадагаскара и Бразилии.
Изученность Шерловогорского месторождения на камнесамоцветное сырье
Первое описание Шерловой Горы принадлежит перу известного деятеля горного дела председателю Нерчинского Горного Начальства А.Карамышеву. В своих записках, относящихся к 1762-69 годам он приводит описание месторождения и минералов встречающихся здесь и даже высказывает упомянутую выше гипотезу образования Шерловой Горы: "Гора сия, вероятно, была отменной величины, но от сильного землетрясения или по другой причине обрушилась". Среди минералов Карамышев отмечает аквамарин, тяжеловес (топаз), "затверделая глина", кварц и колчедан. К этому времени Шерловогорское месторождение приобрело широкую известность. Шерловая Гора стала посещаться учеными и многочисленными любителями-минералогами. В 1772 году Шерловую Гору посетил известный исследователь путешественник П.С.Паллас, который позднее, в третей части своих "Путешествий" приводит описание горы Одон-Чалон. В 1775 году путешественник Георги, составил небольшое описание месторождения, после кратковременного посещения. В 1782 году Заге описывает минералогию кряжа Адон-Челон.
В 1785 году на месторождении побывал, а в 1791 году опубликовал описание минералов Адон-Челона (Шерловой Горы) Е.Патрин. Он указывает на нахождение арсенопирита и упоминает о топазах с белой головкой ("коньи зубы"). В 1795 году В.Севергин опубликовал описание бериллов Шерловой Горы на русском языке. Позднее, им в 1807 году в минералогическом словаре приведено описание бериллов, в том числе и Шерловогорских. В 1826 году на Шерловой Горе побывал Г.Г.Гесс. В его статье описываются наблюдения, произведенные им на месторождении. Гесс указывает, что аквамарины и топазы слагают друзы, приуроченные к трещинам, которыми разбиты граниты по всем направлениям и первым пишет о нахождении оловянного камня на Шерловой Горе. В том же 1829 году маркшейдер Кулибин опубликовал "Описание кряжа Адун-Челон". В статье приводится описание геологического строения кряжа. Выделяется две формации пород - гранитов и "кремнистых сланцев, переходящих в роговой камень и филлад". Кулибин приводит детальную характеристику минералов, встречающихся на месторождении. Он выделяет несколько типов бериллов по признаку "смежности" его с различными минералами. Кулибин составил схематическую карту Шерловой Горы с нанесенными на нее выработками. Только известных тогда по названию насчитывалось свыше 30. А количество безымянных и старых, завалившихся выработок достигало несколько сотен.
В 1855 году В.Л.Титов публикует "Заметки о месторождениях цветных камней и соленых озерах Нерчинского края". В этой монографии сведены данные о многих месторождениях, в том числе и новых, незадолго до того (1852 г.) открытых пегматитах Адун-Челона. О Шерловой Горе сказано совсем немного. К этому времени начинает публиковать свои "Материалы к минералогии России" Н.И.Кокшаров, где он дает минералогическое и кристаллографическое описание бериллов и топазов со всех месторождений, в том числе и с Шерловой Горы. В 1895 году П.Еремеев в Записках Всероссийского Минералогического общества публикует результаты кристаллографического изучения аквамарина с хребта Адун-Челон. В 1899 году горный инженер Корзухин И.А. публикует статью "Об оловянных и других месторождениях по реке Онону". В этой статье впервые рассматривается Шерловая Гора как объект добычи вольфрамовых руд. С 1915 года начался этап детальных исследований Шерловой Горы. В это время Шерловая Гора стала интересовать как объект добычи вольфрамовых и висмутовых руд наряду с аквамарином.
Начиная с 1916 по 1925 год, профессор политехнического Новочеркасского института П.П.Сущинский публикует материалы по геологии и минералогии сначала Шерловой Горы, а затем и других месторождений цветных камней Забайкалья. Им составлена геологическая карта Шерловой Горы в масштабе 1:25000, задокументированы главнейшие выработки, обнаружены -новые находки касситерита. В последних его работах приводятся описания некоторых выработок и минералов. В 1916 году П.П.Пилипенко обнаружил торбернит. В 1917 году опубликовал результаты исследования висмутовых руд К.А Ненадкевич. Он открыл новый основной водный карбонат висмута - базобисмутит. Тонким химическим анализами он установил содержание золота, серебра и висмута в арсенопирите Шерловой Горы. В 1918 году М.М.Тетяев опубликовал обобщения по геологии вольфрамовых и оловянных месторождений Онон-Борзинского района. В статье дана краткая характеристика Шерловогорского месторождения, которое Тетяев рассматривает как вольфрамитовое. А.Е.Ферсман в своих книгах о самоцветах, опубликованных в 1920 и 1925 годах, приводит интересный исторический и фактический материал, касающийся Шерловой Горы. Используя работы предыдущих исследователей, он дает описание ряда выработок. В 1929 году публикуется серия статей, освещающих результаты работ 1928 и 1929 годов, проводимых на Шерловой Горе под руководством А.К.Болдырева и Я.А.Луи. А.К.Болдырев описывает результаты поисков россыпных залежей вольфрамита. Он сообщает, что были обнаружены россыпи комплексных руд на вольфрам, олово и висмут. А.К.Болдырев и Я.А.Луи публикуют результаты разведки коренных руд вольфрама, олова, висмута и бериллия. Детальная разведка показала, что Миллионная жила быстро выклинивается по падению и простиранию и является бесперспективной. Г.В.Холмов, принимавший участие в работе партии Болдырева, опубликовал результаты минерало-петрографической съемки массива. Приведено детальное описание разностей гранитов и грейзеновых пород с химическими анализами. Описано несколько выработок и составлены геологические карты, на которых нанесены "поля грейзенезации".
В связи с открытием коренного месторождения олова на сопке Большой развертываются работы по его дальнейшей разведке. В 1932 году появилась статья Н.В.Ионина, открывшего его месторождение. В статье излагаются результаты разведок, и подчеркивается перспективность месторождения. В статье, опубликованной в том же году, Остроумова предлагает рассматривать Шерловую Гору как бериллиевое месторождение. В 1933 году О.Д.Левицкий опубликовал "Геолого-петрографический очерк Шерловой Горы". Помимо описания геологического строения Шерловой Горы и петрографии, слагающих ее пород, приведено описание некоторых выработок. В 1939 году О.Д.Левицкий в работе "Вольфрамитовые месторождения Забайкалья" отдельно описывает Шерловогорское месторождение. Приведено краткое описание геологического строения и пород района Шерловой Горы. Подробно разбирается петрография. и минералогия Шерловой Горы. Выделяются типы грейзенов и минеральных жил. Дано описание минералов Шерловой Горы в целом. В 1939 году Н.Ю.Икорникова публикует результаты кристаллографического изучения бериллов Шерловой Горы. Подробно описываются детали строения кристаллов, формы и дефекты их. В 1946-1947 годах большие геологические исследования в районе Шерловой Горы провел Г.М.Сластушенский. Им было проведено геологическое картирование хребта Адун-Челон в масштабе 1:50000. В своем предварительном отчете Г.М.Сластушенский подробно остановился на выяснении геологического строения хребта и тектонического развития района, хорошо разработав вопросы генезиса Шерловогорского грейзенового и оловорудного месторождений. Его работа является по сути дела первым настоящим описанием геологического строения Адун-Челонского хребта. В 1954-1955 гг. партия ЧГУ под руководством В.И.Педино проводила ревизионные и поисково-разведочные работы на Шерловогорском и Адун-Челонском месторождениях камнесамоцветного сырья. Была проведена расчистка старых выработок, проходка подземных горных выработок на жилах Поднебесных и Миллионной, проходка канав для вскрытия грейзеновых зон, проходка мелких шурфов по сети 20x50x100 м на склонах падей с целью поисков россыпей аквамарина. Был сделан вывод о недостаточной промышленной ценности месторождения как объекта добычи ювелирных и цветных камней.
Эволюция Шерловогорской рудномагматической системы и стадийность рудообразования
Г.А.Юргенсон [1997, 2001] считает, что камнесамоцветная минерализация Шерловогорского месторождения находится в специфических миароловых гранитах, являющихся аналогами гранит-порфиров. Основные продуктивные минеральные комплексы в них аналогичны классическим бериллоносным мусковитово-топазовым-кварцевым грейзенам. Продуктивный минеральный комплекс образует как относительно протяженные четковидные жилы, так и миаролы с крупнокристаллическим выполнением. Шерловогорское месторождение КМС является составной частью единой рудномагматической системы, включающей Шерловгорский гранитный массив, тела субвулканических кислых образований, включая оногониты и связанную с ними рудную минерализацию, что согласуется с известными данными Б.А.Гайворонского (1995), Антипина и др. (1980). Все рудные образования Шерловогорского рудного узла выстраивается в ряд в предлеах касситерит-силикатной формации формации в направлении с северо-запада на юго-восток и по омоложению: 1) кварц-берилл-топазовые грейзены с ферберитом, висмутином и касситеритом, залегающие непосредственно в Шерловогорской гранитной интрузии; 2) месторождения касситерит-силикатно-сульфидной формации, представленные двумя минеральными типами - турмалин-сульфидным (главные рудные штокверки, зоны и жилы собственно Шерловогорского рудного поля) и сульфидным (олово-полиметаллическое оруденение Сопки Большой и Восточного поля); 3) кварцево-жильные тела с КМС непосредственно залегают в крупнозернистых гранитах и морионовых гранит-порфирах, на их контактах, в зонах трещиноватости или разуплотнения в них. Но постепенными переходами, без следов замещения, эти тела связаны только с гранит-порфирами (рис.1); 4) гранит-порфиры и тела с КМС характеризуются единством геохимической специализации (Be, W, Bi, Sn, Mo, Li, Cs, Rb, F, В), на что обращали внимание С.М.Бойко (1983), В.С.Антипин и др. (1980); 5) гранит-порфиры и тела с КМС характеризуются близостью минерального состава. Общими для них являются морионовый и дымчатый кварц, флюорит, сидерофиллит, топаз, ферберит, касситерит, сфалерит и др.; 6) в гранит-порфирах повсеместно развиты различной величины и полноты минерального состава миаролы, содержащие кристаллы слюд, берилла, дымчатого кварца, топаза. Как и минеральные тела с КМС, миаролы содержат ферберит, висмутин, молибденит, касситерит и топаз; 7) об образовании минеральных тел с КМС на этапе эволюции остаточных расплавов свидетельствуют физико-химических характеристики минералообразующей среды: температуры находились в пределах 600-180 С, давления - 450-250 МПа. Верхний предел температуры определяется тем, что ранние генерации кварца материнского гранит-порфира и являются параморфозами а-кварца по (3-кварцу, нижний температурный предел устойчивости которого 573 С.
Последовательность выделения минералов выявляется при изучении жильных тел и хорошо согласуется с дискретными изменениями условных потенциалов ионизации, взятых из работ (Жариков, 1967, Ракчеев, 1989). В ферберит-берилл-кварцевых жилах (рис. 7) потенциал ионизации возрастает по мере выделения минералов - ранний мусковит имеет условный потенциал ионизации 493 КДж/моль, затем следует ферберит (511 КДж/моль), висмутин и берилл (515 и 516 КДж/моль, соответственно). Далее касситерит (538 КДж/моль), кварц (542) и топаз (549). Эта последовательность минералообразования типична не для замещения, а для отложения из растворов-расплавов обогащенных бериллием, вольфрамом, висмутом, оловом, фтором, водой и углекислотой.
Второй этап функционирования ШРМС связан с образованием преимущественно субвулканических тел кислого состава и олово-полиметаллическим оруденением.. Оно накладывается на ферберит-берилл-кварц-топазовые жилы (рис.8, 9), что, в свою очередь, негативно сказывается на качестве камнесамоцветного сырья. Наложенная минерализация приводит к возникновению напряжений с образованием трещин в кристаллах бериллового, топазового сырья и в раннем кварце. Образуются рубашки хлорит-турмалин-кварцево-флюоритового и гидрослюдисто-гидрогетит-халцедонового состава (рис. 11, 12). Последние генерации берилла или внешние зоны в кристаллах захватывают этот материал, происходит замутнение его внешних зон и уменьшение размеров кондиционных областей кристаллов. Наложение сульфидов (в основном, арсенопирита) с разрывом сплошности кристаллов так же уменьшает размеры ювелирных областей (рис. 10). Кроме того, в коре выветривания по жиле Новой нами была установлена прямая корреляция между мышьяком и фосфором. Это хорошо увязывается с широким развитием арсенатов и фосфатов свинца и других металлов в зоне окисления и является результатом наложенной сульфидной минерализации. Коэффициент корреляции As-P=l, As-Ba=-0,09, As-Pb=0,9 (рис.13).
Условия образования минеральных тел с камнесамоцветным сырьем
Среди минеральных ассоциаций жильного выполнения выделяются жилы с бериллом и без него. К первой группе относятся берилловые, кварцево- и топазово-берилловые (рис.176); ко второй - топазовые, топазово-кварцевые и кварцевые жилы (рис. 17а). Чем полнее проявлена зональность и ярче выражены внутренние их зоны, тем больше вероятность наличия ювелирных камней. Обязательной является топаз (или флюорит) содержащая зона для тел с ювелирными бериллами. Полости в жилах обычно заполнены глинистыми минералами с флюоритом и гидроксидами железа и марганца, в которых заключены фрагменты кристаллов кварца, берилла (аквамарин, гелиодор) и топаза. Зональны не только продуктивные жилы, но и грейзены. В целом все разности грейзенов соответствуют описанным А.А.Беусом [1960]. Г.А.Юргенсон [2001] используя данные Ю.И.Сычева (1980), приводит зональность грейзеновых тел трех видов (таблица 5). Анализ минерального состава свидетельствует об отсутствии в грейзенах полевого шпата. Среди второстепенных минералов грейзенов присутствуют флюорит, железистый карбонат и турмалин. Среди акцессорных развиты вольфрамит, сульфиды (арсенопирит, пирит, халькопирит, молибденит, сфалерит и др.), касситерит, базобисмутит, висмутин, самородный висмут. Все эти минералы присутствуют в жилах.
Физико-химические условия образования берилло-топазоносных жил и условия кристаллизации минералов группы берилла в связи с огромной практической значимостью изучались многими авторами. Это прежде всего широко известные сводки А.А.Беуса [I960], В.Г.Фекличева [1964], В.Ф.Барабанова [1975], В.С.Балицкого и Е.Е.Лисицыной[1981], Г.А.Юргенсон [2001]. Кроме того, данные об условиях образования бериллов имеются и в других работах [Киевленко и др., 1982; Методические указания..., вып.6,7,1975; Шацкий и др., 1981; Sinkankas, 1987; и др.] Из этих источников следует, что кристаллизация берилла идет в широком диапазоне температур и давлений. Температуры варьируют в пределах 180-600С. Температурный интервал образования собственно пегматитовых бериллов составляет 400-500С, а для пневматолитово-гидротермальных опускается до 180С. Давления, по оценкам многих авторов, находятся в пределах 200-100 МПа. С периодической разгерметизацией связано в ряде случаев периодическое изменение окислительно-восстановительного и щелочно-кислотного режима, что определяет вероятность и формы вхождения в растущий кристалл железа - основного хромофора берилла, определяющего, при прочих равных условиях, качество и ценность кристаллосырья. В разных жилах и полостях в зависимости от первичного состава минералообразующего флюида, в разной мере обогащенного железом, шло образование либо преимущественно гелиодора (в условиях высокого содержания трехвалентного железа), либо аквамарина (в условиях высокого содержания двухвалентного железа), либо при одновременном присутствии двух- и трехвалентного железа - образование всей гаммы желто-зеленых, зеленовато-желтых, голубовато-, сине-зеленых вплоть до фисташково- и травяно-зеленых разностей минерала.
Для бериллов характерна зональность двух основных типов: поперечная и продольная. Первая проявлена в относительно толстых кристаллах и хорошо видна при рассмотрении кристалла в направлении оси с. Вторая перпендикулярна оси с и хорошо видна при рассматривании кристалла в направлении, параллельном оси а. Среди обоих видов зональности имеются кристаллы, как с постепенными, так и с резкими переходами. В первом случае — это ростовая зональность, обусловленная постепенными возвратно-поступательными изменениями состава минерал ообразующей субстанции, ее рН и окислительно-восстановительного потенциала. Они растут в относительно закрытой системе вследствие пересыщения системы основными строящими их компонентами из-за падения температуры, о чем свидетельствуют уменьшения температур гомогенизации ГЖВ от 460 до 230С, измеренных для пяти зональных кристаллов зеленовато-голубого берилла (два с продольной и три с поперечной). Во втором - наблюдаются перерывы в росте. Они выражены в резкой смене окраски, увеличении ГЖВ. Изменение Н2О/СО2 свидетельствует, что углекислота к концу процесса кристаллизации в закрытой системе накапливается относительно воды. Вода расходуется на образование слюд, других слоистых силикатов. Определенное ее количество в виде молекул НгО [Шацкий и др., 1981; Aurisicchio et al., 1994], а в случае повышенных содержаний щелочей — и гидроксильных групп [Schmetzer, Kiefert, 1990] входит в берилл. Только в виде ОН-групп она входит в топаз. Поэтому при прочих равных условиях наблюдается уменьшение соотношения воды и углекислоты. Накопление её абсолютного количества сопряжено с возрастанием интенсивности окислительных процессов, что отражается в возрастании концентрации трехвалентного железа в бериллах поздних генераций с образованием гелиодора в жилах копей Миллионной и Гелиодоровой. Об этом же свидетельствует и обилие желто-зеленых бериллов в отвалах старых работ и россыпях Лукаво-Золотой. Эта особенность хорошо объясняет возникновение в подобных условиях именно высокожелезистых бериллов - гелиодоров II типа. Накоплением углекислоты к концу процесса можно объяснить и появление карбонатов, на которые указывают все исследователи, имевшие возможность наблюдать жилы в коренном залегании в выработках [Болдырев, Луи, 1929; Сущинский, 1925; и др.]. По В.Г.Фекличеву [1964], в крупных кристаллах аквамарина происходит смена зеленых окрасок голубыми и бесцветными от внутренних к периферийным зонам, что связано с возрастанием окислительно-восстановительного потенциала в минералообразующей системе. В ряде кристаллов, особенно в жиле Миллионной, наблюдаются и кристаллы, внутренняя часть которых сложена светло-желтым гелиодором, а внешняя - голубая. Это свидетельствует о расходовании трехвалентного железа, закрытии системы и вхождении в структуру берилла двухвалентного железа.
В.Ф.Барабанов на основе использования ИК-спектров считал, что зональный аквамарин относится к слабощелочным и полагал, что зональность аквамарина обусловлена изменениями только тектонического режима условий кристаллизации в процессе многократного трещинообразования с периодическими вскипаниями минералообразующего раствора, обуславливающее отделение газовой фазы, повышение щелочности раствора и его окислительных свойств [Барабанов, 1975]. Аквамарин, по его представлениям, формировался в условиях меньших глубин и более неспокойной обстановки, чем гелиодор. Наши данные и сведения из литературы [Юргенсон, 2001], свидетельствуют о том, что тот и другой формировались в различных условиях глубин и тектонического режима. В условиях преобладания двухвалентного железа сформировались аквамарины, в случаях примерно равных соотношений двух- и трехвалентного форм железа — зеленые разности и в условиях преобладания трехвалентного железа - гелиодоры. Кроме того, в копи Гелиодоровой в контактовой части жил наблюдается обилие биотита содержащего трехвалентное железо. Режим валентности железа связан как с изначальными парциальным давлением кислорода, так и с мерой открытости-закрытости МС. Для выяснения этой картины была изучена изменчивость химического состава в пределах кристалла берилла, проведенная на поперечном разрезе зонального образца диаметром 2 см. Центральная часть кристалла желтого цвета на периферии сменяется зоной ярко-голубого цвета толщиной 3-4 мм. Точки анализов располагались с интервалом около 1мм в каждой зоне. Состав кристалла в поперечном сечении закономерно изменяется. Содержание алюминия от центра к периферии уменьшается, а примесей -увеличивается. Среди примесей, замещающих позиции алюминия, преобладает железо, содержание которого во внешней зоне на порядок выше, чем во внутренней (рис.18). Такой же характер имеет распределение марганца.
Особенности топазового сырья Шерловой Горы
Шерловогорские топазы греизеновых тел существенно фтористые. На это указывал В.Ф.Барабанов, основываясь на величинах показателей преломления (Np= 1,610+0,001; Nm= 1,611 ±0,001; Ng=l,620±0,001). Это же относится и к составу топаза из жил (таблица 14). Топаз на месторождении представлен несколькими генерациями. К генерации относится топаз из кварц-топазовых греизеновых зон, часто содержащих вкрапленники серого бипирамидального кварца. Содержание фтора — в пределах от 1,663 до 1, 663 ф.к. (таблица 14). Ко второй относится кристаллики в миароловых пустотках грейзеновой породы с содержанием фтора от 1,642 до 1,648 ф.к и крупно кристаллический топаз из кристаллических агрегатов в гнездовых полостях из осевой части греизеновых жил выполнения обычно в срастании с дымчатым кварцем. Эти кристаллы, как правило, содержат ячеисто-мутную центральную часть, на которую позднее наросла внешняя прозрачная зона относящаяся уже к 3 генерации. Четвертая генерация представлена агрегатом мелких прозрачных кристаллов, идентичных по форме кристаллам топаза 3 генерации, нарастающих на крупные кристаллы 2 генерации. К самой поздней — 5 генерации относится тонкоигольчатый и длиннопризматический топаз из ассоциации с турмалином, нарастающей на кристаллы шестоватого зеленовато-желтого гелиодора, а также из внешних зон кристаллов самых поздних генераций берилла, кварца с содержанием фтора от 1,524 до 1,617 ф.к. Таким образом, содержание фтора от ранних генераций к поздним уменьшается (рисунок 23).
На протяжении всей истории отработки камня на Шерловой Горе в качестве ювелирного сырья использовался только берилл и его цветовые разновидности, преимущественно аквамарин. Топаз добывался лишь, как штуфной материл для музейных частных коллекций. Это было связано с редкостью ярко окрашенных его разностей: основная масса добывавшихся кристаллов топаза бесцветна. Лишь изредка находили голубые и еще реже — бледно-желтые кристаллы. Кроме того, ювелирные индивиды не отличались размерами, достаточными для огранки. Существенную роль в формировании отношения к шерловогорскому топазу играла обильная добыча его на уральских месторождениях Мурзинской пегматитоносной полосы, а в советское время - на Больше. В результате изучения большого числа кристаллов топаза, а также обобщения литературных данных [Ферсман А.Е., 1962; Петрова М.Г., Белов П. Т., 1969; Барабанов В.Ф., 1975; Юргенсон Г.А., 1996 и др.] к настоящему времени установлено, что в отличие от адун-челонских, типично пегматитовых кристаллов, топазы Шерловой Горы преимущественно не имеют грани пинакоида {011} (частота встречаемости примерно 1:100), а характеризуются комбинацией ромбических призм {120}, {ПО}, {ПО}, диэдров {021} и {201} и ромбических пирамид {111}. Последние развиты очень слабо. Абсолютное большинство кристаллов хорошо огранено, двухголовики развиты крайне редко. Преимущественно это — головки дорастания в полостях, где обломки кристаллов находятся в глине.
Размеры кристаллов в пробе массой 7 кг 200 г по данным Г.А.Юргенсона [2001] варьировали в пределах 0,6-1,6 см по осям а и б и 0,8-3,0 см по оси с. Морфологический анализ пробы топаза из 796 кристаллов выполненный авторомом показал, что преобладают кристаллы размером до 1 см по оси с (68,5 %), когда кристаллы размером более 2 см по оси с составляют всего лишь 1,8 % от общего количества. Короткопризматические кристаллы преобладают над длиннопризматическими (таблица 15). В основной массе кристаллы бесцветны. Доля голубого топаза невелика и составляет по предварительным данным, полученным при сортировке галтованного камня, для кондиционных сортов 3,2%. Среди ограночных сортов выход голубого топаза примерно такой же. Кроме того, нами были отобраны и отсортированы по размерам топазы с различных участков (1004 кристалла). Среди этого материала были выделены кристаллы с кондиционными областями (табл. 16). В среднем, по всем группам выход кристаллов, имеющих ограночные области, составляет 15, 5 % от общего количества.
В общем, от расчета минимальных прогнозных ресурсов ювелирного топаза (1200 кг), выход сортов для кабоширования и галтовки составляет 25,4% , а фасетной огранки в количестве 3,06% [Юргенсон, 2001]. В 1998 г. Г.А.Юргенсоном впервые произведена оценка ресурсов топаза. Прогнозные ресурсы топаза-сырца по категории Pi были учтены в количестве 100 кг, Рг - 776 кг и Рз - 330 кг, всего - около 1200 кг. Результаты наших исследований не только подтверждают необходимость учета топаза, как ювелирного сырья, но и позволяют рекомендовать его для добычи. Особенности кварцевого сырья Шерловой Горы Кварц является одним из самых распространенных минералов Шерловогорского месторождения самоцветов. Он образуется на всех этапах и стадиях его формирования. В порфировидных гранитах и гранит- порфирах Шерловогорского массива, в которых локализованы миаролы и жилы с полостями, содержащими ювелирные камни, ранний кварц присутствует в виде дипирамидальных, короткопризматических и округлых зерен дымчатого или почти черного цвета до 0,7-1,2 см по оси с. Нередко в полостях эти кристаллы имеют зоны дорастания и оканчиваются почти бесцветными или цитриновыми головками. Размеры их не превышают 5-12 мм по оси с. Эти кристаллы под микроскопом в основном однородны, но иногда имеют волнистое и бличное угасание вследствие напряжений, возникших в процессе Р-а перехода. Судя по форме и этим признакам они образовались при температурах значительно больших, чем 573С. Кристаллы Р-кварца в большинстве случаев окружены мелкокристаллическими оторочками кварцево-полевошпатового состава, содержащими субизометричные кристаллы ферримусковита или сидерофиллита. Нередко эти агрегаты выстилают внутренние стенки мелких полостей. В этих случаях слюда и кварц бывают окристаллизованы. Иногда в них присутствуют мелкие кристаллы топаза (0,5-1,4 мм), чаще - желтоватые вследствие обволакивают их тонкими пленками гетита или гидрогетита. Берилл и ферберит также иногда образуют в них мелкодрузовый агрегат. Размеры их — не более 0,6-1,8 мм. Описанные мелкие миаролы, развитые в гранит-порфирах и порфировидных гранитах являются скорее продуктами кристаллизации неперемещенных остаточных расплавов, обогащенных летучими. Они, как правило, не содержат крупных кристаллов кварца и сопутствующих берилла и топаза. Но в относительно крупных линзообразных (до 3-4 см по ширине и 20-30 см в длину) встречаются весьма совершенные удлиненные (до 20 мм), шестоватые (толщиной до 6-7 мм) кристаллы дымчатого кварца, оканчивающиеся головками почти бесцветного. Такие кристаллы после галтовки принимают форму удлиненных эффектных двухцветных бусин и могут быть использованы для изготовления оригинальных ожерелий. Кристаллы и агрегаты гранитного кварца в линзовидных и жилоподобных миароловых полостях в гранитах являются субстратом для более крупных кристаллов (до 50 см по оси с). Последние характеризуются обычно двумя зонами: серо-дымчатым или серым полупрозрачным основанием и прозрачной ювелирного качества головкой. Аналогичное строение имеют и кварцевые зоны в жилах с ювелирными разностями берилла и топаза в греизенизированных гранитах. Но здесь основанием ювелирных кристаллов является жильный сливной кварц обычно серого или молочно-белого цвета. Ювелирные разности представлены здесь горным хрусталем, прозрачным дымчатым кварцем и морионом. Как правило, это постберилловый кварц. Иногда он ассоциирует с поздним топазом. Как в жилах с ювелирными камнями, так и непосредственно в гранитах известен молочнобелый постпродуктивный дофлюоритовый кварц, а также син- и постфлюоритовые жилы и прожилки халцедоновидного кварца.
