Введение к работе
Актуальность проблемы. Генетические вопросы хрусталеобразо-зания всегда привлекали пристальное внимание исследователей, но наибо-іее оживленная дискуссия по этой проблеме началась с серии работ И. Ке-негсбергерл (Konigsberger, 1925) и Р.Паркера (Parker, 1923), которые на зснове изучения хрусталеносной минерализации Швейцарских Альп разработали латераль-секрециошгую модель формирования хрустальных тнезд. Позднее она была использована при рассмотрении процессов хру-тгалеобразования на Приполярном Урале (Леммлейн, 1937, 1954). Интен-:ивное изучение в последующие годы месторождений горного хрусталя Лриполярного Урала и других хрусталеносных провинций дали основания ІЛЯ разработки постмагматической концепции их формирования (Ермаков, 1958, Лазько, 1958, Карякин, 1959). К чисто метаморфогенньш образовании отнесли хрусталеносные кварцевые жилы Ю.Н.Ануфриев (1979), Ю.М.Соколов, Е.П.Мелышков и др. (1977). В расширенном понимании татераль-секреционную модель применил для объяснения формирования Зезрудных кварцевых жил А.В.Осинский (1979, 1981, 1982). В "гидротермальный магматогенно-метаморфогенньш" тип выделили хрусталеносную минерализацию Приполярного Урала СККузнецов, В.В.Буканов и П.П. Юхтанов (1988). Этот краткий обзор свидетельствует о высокой степени неопределенности в понимании генетических вопросов хрусталеобразова-іия. Эвристический потенциал геолого-генетического моделирования хру-ггалеобраззтощих гидротермальных систем при решении этих проблем іесьма велик, но практич'ески не использован. Он основан на уникальных :войствах кристаллов кварца, позволяющих получать объективную и обдирную генетическую информацию на основе изучение его морфолого-шатомическнх, конституционных особенностей и разностороннего исследования флюидных включений. Значительный диапазон термодинамиче-;ких условий образования кристаллов кварца и широкая их распространенность на месторождениях различного происхождения позволяет ис-тользовать получаемую генетическую информацию для изучения широко-о круга эндогенных процессов. К настоящему моменту накоплен огромный фактический материал по месторождениям горного хрусталя СНГ и, в меньшей степени, по зарубежным хрусталеносным объектам, а также по 'словиям искусственного выращивания разнообразных по окраске и дру-им свойствам кристаллов кварца в гидротермальных средах в широком щапазонє термодинамических параметров и составов растворов, что опре-юляет хорошую фактологическую основу для генетического моделирования процессов хрусталеобразования. Все это создало объективные предпо-:ылки для синтеза информации и создания геолого-генетических моделей фусталеобразования в земной коре.
Целью работы является выявление наиболее общих черт, присущи хрусталеносным объектам, сформировавшимся в разнообразных геологи ческігх условиях, и построение универсальной геолого-генетнческон моде ли хрусталеобразующей гидротермальной системы, в которой отражен] особенности формирования кристаллов кварца различного типа.
Достижение намеченной цели осуществлялось посредством решени ряда частных задач, среди которых:
1) мішерагенический анализ различных хрусталеносных провшщн:
для выявления общих черт, определяющих il\ продуктивность в отнощешг
хрусталеносной мішерализащш;
-
тшиїзащія хрусталеносных объектов на основе их геолого структурных характеристик, морофолого-анатомнческих особеїшостеї кристаллов кварца с привлечением данных по изучению в них флюидньг. включений;
-
выявление флюндодинамического режима формирования кон кретных хрусталеносных объектов различного масштаба на основе резуль татов анализа газового состава флюидных включений в кристаллах кварц; и определения в них содержания и изотопных отношений благородных га зов с учетом особенностей их геологического строения;
-
построение локальных геолого-генетнческих моделей хрусталеоб разовашш для отдельных типов хрусталепроявлений с отражением опта мольных для формировашія промышленно ценных разновидностей кварц; условий;
-
анализ особенностей размещения и формировашія хрусталенос ных и рудных объектов с целью выявления специфики хрусталеобразую щих гидротермальных систем.
Фактический материал и методы исследований. В основу дне сертации положены материалы собранные при проведении геолого минералогических исследований на месторождениях горного хрусташ Приполярного Урала в течение 26 полевых сезонов (1970-1996). За это" период автором были составлены геолого-структурные карты, сопровож даемые геологическими разрезами по ряду месторождений горного хрусталя и с различной степенью детальности опробовано более половины хру сталеносных объектов этого региона. На основе собственных наблюдений < привлечением литературных источников сделан анализ особенностей геологического строения и развития Приполярного Урала с целью определения места и времени проявления в его пределах хрусталеносной минерализации. Аналогичный анализ по опубликованным данным выполнен дл* других хрусталеносных провгащий.
Базовым для решения поставленных задач явилось специализированное минералогическое картирование Приполярно-Уральской хрустале-
юсной провинции, проведенное в различных масштабах. С участием авто-іа была подготовлена специализированная минерагеническая карта Прнпо-[ярного Урала масштаба 1:200000; непосредственно автором аналогичные іолее крупномасштабные карты и схемы были составлены по отдельным русталеносным полям, месторождениям, хрусталеносным зонам и гнез-іам. Для этой цели было использовано около 1100 проб кристаллов кварца, пробранных непосредственно из хрустальных гнезд, россыпей и отвалов орных выработок. Каждая проба включала в себя от 5 до 30 кристаллов варца. При отборе кристаллов из гнезд осуществлялась их привязка в пре-;слах гнезда с учетом его геологической позиции и внутреннего строения. Іри опробовании россьтей и отвалов поверхностных горных выработок из сей совокупности просмотренных кристаллов, количество которых обыч-ю составляло от нескольких десятков до нескольких сотен образцов, отбивалась представительная проба, содержащая все разновидности кристаллов. 1ля каждой точки отбора проб осуществлялась топографическая и геоло-ическая привязка. В дальнейшем из каждой пробы отбиралось от 1 до 5 ристаллов, из них выпиливались пластины толщиной 4-8 мм, которые заем полировались и подвергались у-облучению с интегральной дозой от 10 ;о 25 Мрад. Коллекция таких пластин по Приполярному Уралу составила юрядка 3000 образцов. По ряду объектов облученные пластины из кри-таллов кварца, были предоставлены В.В.Букановым, ЛС.Скобелем, І.П.Юхтановьш, Е.Б.Эфросом, Б.О.Андреевым, Е.КМаханек и І.В.Прутовьш. Изучалась также коллекция облученных кварцевых платин, собранная В.Ю.Эшкиным и Т.А.Карякиной на месторождениях гор-ого хрусталя Южного Урала и Алдана. Автор благодарен всем им за по-гощь в сборе весьма информативного каменного материала.
Кварцевые пластины, в которых в результате у-облучения иницинро-алась окраска, изучались с целью типизации кристаллов кварца по осо-енностям ее распределения и для выявления и онтогенической привязки шнеральных н флюидных включений различного происхождения. Место-ождения и проявления горного хрусталя, в кристаллах которых исследо-ались флюидные включения, предварительно были детально изучены в щнералогическом и геологическом отношениях. Это позволило просле-ить место анализируемого семейства включений в пределах кристалла, озицию кристалла в хрустальном гнезде, размещение гнезда в пределах русталеносной зоны, положение хрусталеносной зоны в рамках месторождения, а последнего - в пределах конкретного хрусталеносного поля. Дан-ьгй подход позволяет не статистически, а на основе использования жестко ривязанньгх отдельных препаратов использовать результаты изучения в их флюидных включений для восстановления флюидодинамического ре-агма хрусталеобразующих гидротермальных систем различных уровней и
сопоставлять эти результаты с геологическими условиями проявления хру сталеносной мішерализацші.
Флюидные включения исследовались с целью установления фазово го состава минералообразующнх растворов, определения температур и? гомогенизации, анализа состава флюидной фазы и изотопного состава бла городных газов (в основном гелия и аргона). Определение состава газої проводилось масс-спектрометрическим методом в.комбинации с термиче-ским способом их вскрытия на масс-спектрометре MS-10 , методика которого разработана К.И.Лоховым (1988). Анализ изотопного состава и коли-честв благородных газов выполнялся на масс-спектрометрах МИ-1330 і МИ-1201В для аргона и гелия соответственно в лаборатории геохроноло-пш и геохимии изотопов ИГТД РАН. Часть аналшов количества и изотопного состава гелия с оценкой соотношений абсолютных концентрацій! неона проведена И.Н.Кагаггоновым (ФТИ РАН) на масс-спектрометре МИ-9302 в режиме высокой разрешающей способности. Особенностью реализованного подхода к решению поставленных задач является целенаправленное использование минералогических и изотопно-геохимических методов с интерпретацией получаемых результатов на геолого-генетнческоіі основе (Козлов и др., 1996).
Научная новизна. Создана целостная концепция формирования ме-сторождешш горного хрусталя, в основу которой положены разработанные представления о структурно-парагенетической связи хрусталеобразования с термостабилизирующими магматическими, метаморфическими и метасо-матическими процессами и его генетической связи с глубинным тепломас-сопотоком, который рассматривается в качестве инициатора процессов формирования кристаллов кварца. Доказано участие мантийного флюида в хрусталеобразующих гидротермальных растворах, индикатором которого являются изотопные отношения 3Не/4Не. Впервые на основе комплекса изотопно-геохимических методов изучения вещественного состава включений минералообразующей среды в кристаллах кварца разработаны флюидодинамические модели их формирования и выявлены наиболее благоприятные для роста высококачественных кристаллов кварца условия. Установлены генетические причины пространственно-временной разобщенности хрусталеносной и рудной минерализации и принципиально различная структура энергозатрат при их формировании.
Практическая значимость. На основе комплекса масс-спектрометрических и термобарогеохимических методов исследования включений минералообразующей среды в кристаллах кварца разработана методика оценки флюидодинамического режима хрусталеобразующих гидротермальных систем, которая может эффективно использоваться для аналогичной цели и при изучении рудообразующих гидротермальных систем.
Предложена методика специализированного минералогического картирования с использованием в качестве картировочных признаков наряду с он-гогеническими особенностями кристаллов кварца флюидного состава включений и изотопных характеристик заключенных в них благородных газов, которая является эффективным методом прогнозной оценки территорий на горный хрусталь и его окрашенный разновидности.
Реализация результатов, апробация работы и публикации. Практическая реализация полученных результатов до 1989 г. осуществлялась в рамках проведения хоздоговорных работ с Кожимской экспедицией ВПО Гоюзкварцсамоцветы.
Результаты проведенных исследований докладывались на регулярно проводимых на базе Института геологии Коми НЦ РАН геологических конференциях (Сыктывкар, 1972, 1977, 1988, 1994) и на проходивших там же совещаниях "Проблемы генетической информации в минералогии" (1980), "Минералогия кварца" (1992) Теология и металлогения Приполярного Урала" (1993) и на международном минералогическом семинаре "Структура и эволюция минерального мира" (Сыктывкар, 1996). Результаты работ обсуждались также на научно-практических совещания, организованных ВПО Союзкварцсамоцветы (Александров, 1975, Свердловск, 1982, Свердловск, 1985). Материалы по изучению включений минералооб-разующей среды представлялись на региональных совещаниях по методам гермобарогеохимии процессов минералообразования (Ростов-на Дону, 1973, Владивосток, 1978, Александров, 1992). Один из докладов обсуждался на годичном собрании Всероссийского минералогического общества [Санкт-Петербург, 1996). Основные положения диссертации изложены в эдной монографии и 36 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения 4 глав, заключения и списка литературы. Объем работы 450 стр, из них 300 зтр. текста, 115 стр. иллюстраций, 35 стр. со списком литературы, состоящим из 323 наименований.