Эндогенные кварцево-жильные образования коллизионного этапа развития Урала

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 25.00.11 - «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Эндогенные кварцево-жильные образования коллизионного этапа развития Урала

Поленов Ю.А.

Екатеринбург - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, академик РАН, профессор Юшкин Николай Павлович

доктор геолого-минералогических наук, профессор Юргенсон Георгий Александрович

доктор геолого-минералогических наук, профессор Грязнов Олег Николаевич

Ведущая организация - Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс

Защита диссертации состоится 23 апреля 2009 г. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, ГСП-126, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III корпус, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «____»_________2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А. Б. Макаров

1. 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.

2. 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.

Структура и содержание работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы из 316 наименований. Объём работы 272 стр., из них 250 стр. текста со 133 рисунками и 22 таблицами.

В первой главе приведены краткие сведения по истории поисков и отработки объектов кварцевого сырья на Урале. Сделан анализ изучения кварцево-жильных образований, которое обусловило систематизацию этих геологических тел. Историческая последовательность разработки классификаций кварцево-жильных образований нашла отражение в трудах очень многих исследователей: Г. Н. Вертушкова (1937); Н. П. Ермакова (1946); Н. Н. Бородаевского (1947); А. Е. Карякина (1953); А. И. Захарченко (1955); Е. М. Лазько (1957); Я. Н. Соколова (1960); Д. П. Григорьева (1961); Д. В. Рундквиста (1971); В. В. Буканова (1974); Ю. М. Соколова (1977); А. Г. Жабина (1979); А. А. Кораго и А. А. Козлова (1988); Е. П. Мельникова (1988) и многих других.

Во второй главе охарактеризованы геодинамические обстановки развития Урала, соответствующие им структурно-вещественные комплексы и генетически связанная с ними рудоносность. Показано, что формирование эндогенных кварцево-жильных образований Урала связано с глобальными процессами метаморфизма, магматизма и приурочено к шовным зонам.

В третьей главе кратко описаны геологические процессы, с которыми генетически связано образование определенных онтогенических типов кварцевых жил, а именно: магматические, пегматитовые, пневматолито-гидротермальные, метасоматические, метаморфические. Рассмотрены теоретические вопросы образования кварцево-жильных тел, приведены физико-химические параметры их формирования.

Четвертая глава посвящена результатам изучения кварцево-жильных образований Урала. Дано детальное описание их онтогенических типов. Приведена классификация кварцево-жильных образований, основанная на детальном изучении их генезиса, закономерностей пространственного распределения и онтогении.

В пятой главе рассмотрена роль шовных зон Урала в формировании золоторудных и хрусталеносных месторождений кварцево-жильного типа, показана связь кварцевых жил с гранитоидами. Приведены обоснования пространственной и генетической сопряженности золоторудных, редкометальных и хрусталеносных кварцево-жильных образований Урала.

В шестой главе приведены результаты исследований кварцев Кочкарского золоторудного месторождения, Уфалейского и Светлинского рудных полей, выделены их типоморфные признаки для каждого онтогенического типа. Показана возможность использования типоморфных признаков кварца для решения вопросов генезиса кварцевых жил и рассмотрения направлений практического их использования.

В седьмой главе дана развернутая характеристика кварца как полезного ископаемого, приведена минералого-технологическая классификация кварцевого сырья. Показано, что кварц каждого онтогенического типа имеет свой набор типоморфных признаков, который определяет направления его практического использования и теоретические возможности промышленного обогащения.

Работа автора над темой диссертации началась с 1967 года под руководством профессора В. Д. Никитина, профессора С. А. Руденко, доцента В. Ю. Эшкина. Моим учителям - самая глубокая благодарность. Постоянную методическую помощь и внимание к результатам исследования оказывали сотрудники кафедры минералогии Ленинградского горного института (ныне СПГГИ (ТУ)) профессор Д. П. Григорьев, с.н.с. Т. А. Карякина, с.н.с. Г. Н. Богданова.

Автор имел возможность обсуждать результаты своих исследований с коллегами по работе в ПО «Уралкварцсамоцветы», ПО "Казкварцсамоцветы", ВПО "Союзкварцсамоцветы", что в значительной степени помогло в работе над диссертацией.

С 1993 года автор работает в Уральском государственном горном университете и занимается научно-исследовательской работой совместно с профессором В. Н. Сазоновым и профессором В. Н. Огородниковым. В работе использованы данные, полученные в результате совместных исследований.

В работе над диссертацией большое значение имел широкий обмен мнениями с коллегами по университету, которым автор выражает искреннюю признательность и глубокую благодарность.

Защищаемые положения и их обоснование

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.

Кварцево-жильные образования, как правило, более чем на 70 % сложены кварцем, но совместно с кварцем часто присутствуют рудные и нерудные минералы. Наличие тех или иных минералов придает кварцево-жильным образованиям определенную индивидуальность. Образуются минералы кварцевых жил путем самопроизвольного зарождения при кристаллизации магмы или лавы, перекристаллизации, метасоматического замещения, свободной кристаллизации и рекристаллизации (Григорьев, 1961, 1975; Годовиков, 1973; Краснова и др., 1997 и др.). По способу образования минералов природных кварцево-жильных образований автор выделяет следующие онтогенические типы кварцево-жильных образований: перекристаллизации, замещения, выполнения, рекристаллизации, сложной онтогении.

Кварцевые жилы перекристаллизации. 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.).

Процессы метаморфической дифференциации автором детально изучены на Светлинском хрусталеносном месторождении и Кыштымском месторождении гранулированного кварца, расположенном на Среднем и Южном Урале. Одним из существенных явлений, обусловленных процессами регионального метаморфизма, достигавшем стадии амфиболитовой фации (Болтыров и др., 1973; Никитин и др., 1971; Поленов и др., 1973), является дифференциация вещества, наблюдаемая в кристаллических сланцах (Эшкин, Поленов и др., 1970).

Характерным текстурным признаком пород метаморфического комплекса является кристаллизационная сланцеватость - тонкая делимость породы, обусловленная высоким литостатическим давлением и высокой пластичностью пород. Пластические деформации неизбежно сопровождаются появлением узколокализованных высоких градиентов давления. Согласно принципу Э. Рикке, разница в давлении на твёрдую фазу 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, которые предложено называть кварцевыми прожилками метаморфической дифференциации.

Метаморфическая дифференциация в сланцах выражается в отделении мусковита и темноцветных минералов, представленных биотитом, гранатом и ставролитом, в обособленные тонкие прослойки, от прослоев кварца с полевым шпатом. Такое разделение минералов порой достигает значительных масштабов и приводит к образованию грубополосчатой текстуры. Часто сегрегация материала приводит к образованию маломощных непротяжённых прожилков. Их мощность никогда не превышает 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 и несут следы интенсивной деформации в виде будинажа и дробления. Они сложены мелкозернистым кварцем гранобластовой структуры, размеры зёрен которого редко в 2-3 раза превышают размеры породообразующего кварца в сланцах. В кварце прожилков встречаются все минералы вмещающих пород - биотит, гранат, ставролит, мусковит, плагиоклаз.

Для прожилков метаморфической дифференциации и кварцевых жил перекристаллизации характерен грануломорфный кварц, по Д. П. Григорьеву и А. Г. Жабину (1975), метагрануломорфный. Кварцевые прожилки метаморфической дифференциации образуются в процессе регионального метаморфизма первичных песчано-глинистых осадочных пород при Т = 520-700 °С и Р = 3-6 кбар. При этих параметрах в результате процессов собирательной перекристаллизации формируются кварцевые прожилки небольших размеров, сложенные мелко-среднезернистым, светло-серым грануломорфным кварцем.

По кварцевым прожилкам метаморфической дифференциации в условиях высокотемпературного регионального и дислокационного метаморфизма развиваются повторные процессы перекристаллизации, что приводит к образованию кварцевых жил перекристаллизации.. Для этих жил типичны явления укрупнения зерен минералов и разделения минералов в пространстве, причем с увеличением их размеров степень дифферециации увеличивается. В маломощных прожилках в их центральных частях в подавляющем большинстве случаев концентрируется кварц, но изредка встречаются прожилки, центральная часть которых сложена плагиоклазом, еще реже - биотитом. В двух последних случаях кварц сосредоточивается с двух сторон от биотитовой или плагиоклазовой сердцевины. Такая картина наблюдается, когда мощность прожилков не превышает первых сантиметров. С увеличением их размеров кварц обосабливается и всегда концентрируется в центральных частях жил (рис. 1). По морфологическим особенностям выделяются линзовидные и плитовидные жилы и прожилки.

Рис. 1. Согласная биотит-кварцевая жила перекристал-лизации. Светлинское рудное поле. Участок II-Косаревский, шх. № 680:

1 - биотит-кварцевые сланцы; 2 - биотит; 3 - полевой шпат; 4 - жильный кварц

Линзовидные жилы имеют незначительные размеры: по простиранию не более 3 м, по падению до 2 м, а по мощности не превышают 0,5 м. Плитовидные жилы, как правило, обладают выдержанной мощностью до 0,1-0,3 м и значительной для данного генетического типа жил длиной по простиранию - до 10 м. Такие прожилки и жилы почти всегда встречаются группами, образуя жильные зоны, и редко располагаются одиночно. В подавляющем большинстве случаев они являются согласными со сланцеватостью или полосчатостью вмещающих пород. Секущие прожилки и жилы встречаются значительно реже.

Кварцево-жильные тела замещения. Явления замещения имеют в природе необычайно широкое распространение, а гигантские масштабы мобилизации вещества при метасоматозе обусловливают не только изменения химического состава больших объёмов горных пород, но и приводят к возникновению крупнейших месторождений полезных ископаемых (Григорьев и др.,1975). Кварцево-жильные тела замещения являются результатом метасоматического процесса вдоль тектонически ослабленных зон. Такие преобразования горных пород могут проходить с формированием кварцевых тел без четких границ с вмещающими породами (зоны окварцевания) и образованием кварцевых тел с резкими четкими границами с вмещающими породами (тела метасоматических кварцитов). Кварцево-жильные образования замещения образуются в условиях отсутствия открытых трещин.

Типичные кварцевые жилы замещения изучены нами в амфиболитах. Они сложены мелкозернистым кварцем, развивающимся по роговой обманке, в связи с чем контакты жил с амфиболитами неровные, извилистые, заливообразные. В жильном кварце сохраняется много реликтов роговой обманки, помимо которой встречаются отдельные чешуйки хлорита и редкие зерна плагиоклаза. Размеры кварцевых жил этого типа небольшие: по простиранию их размеры редко превышают 1-2 м, по падению - 0,5-1,5 м, а их мощность колеблется от 0,1 до 0,3 м и очень редко достигает 0,5 м. Залегают такие тела в амфиболитах параллельно контактам амфиболитов с вмещающими сланцами или параллельно наблюдающейся в них рассланцовке. Довольно часто вокруг таких жил наблюдается окварцевание. Кварц описываемых жил мелкозернистый, сахаровидный, светло-серый. Размеры гранул колеблются от 1-2 до 4-5 мм. В отличие от жил перекристаллизации в жилах замещения увеличение размеров зерен от зальбандов к центру жил не наблюдается. Все гранулы имеют относительно одинаковые размеры зерен как в центральных частях жил, так и в приконтактовых их участках.

Наибольшее распространение получили процессы метасоматического замещения в блокоограничивающих шовных зонах практически всех метаморфических комплексов (Верхисетский, Уфалейский, Сысертско-Ильменогорский, Кочкарский, Джабыкский, Адамовский и другие), в пределах которых закартированы разновозрастные метасоматические кварциты, образовавшиеся при кислотном выщелачивании пород различного состава.

Кварцево-жильные тела замещения с резкими границами с вмещающими породами образуются в условиях повышенного давления в шовных зонах, что определяет благоприятные условия для развития полной метасоматической колонки. Таковыми являются тела кианитовых кварцитов Борисовских сопок (Кочкарский рудный район, Южный Урал), Кумус-Тюбе (Теренсайский рудный район, Южный Урал), Уфимское месторождение кианитовых кварцитов (Уфалейский рудный район). Борисовские кианитовые кварциты генетически связаны с Борисовской шовной зоной (Огородников и др., 2004). На пересечении разломов субмеридионального и северо-западного простирания, представляющих собой зоны рассланцевания и дробления мощностью до 500 м, откартированы тела кианитовых кварцитов, залегающих среди мусковит-кварцевых метасоматитов. Тела кварцитов в разрезе образуют крутопадающие зоны, согласные с тектоническим рассланцеванием, но секущие кристаллизационную сланцеватость вмещающих пород. При развитии кианит-кварцевых метасоматитов образуется хорошо выраженная метасоматическая зональность. Во внешней зоне метасоматической колонки развиты мусковитовые сланцы, которые постепенно переходят в мусковит-кианитовые, а затем и в кианитовые кварциты. Центральную зону занимают мономинеральные кварциты, сложенные мелкозернистым метасоматическим кварцем (рис. 2).

Рис. 2. Геологическое строение кианитового проявления Борисовские сопки (Борисовская шовная зона). По (Огородников, 1993):

1 - гнейсы нижней толщи; 2 - гранитоиды борисов-ского комплекса; 3 - небольшое тело гранитов санарского комплекса; 4 - серпентиниты; 5 - мусковит-кварцевые метасоматиты; 6 - киани-товые кварциты; 7 - зоны смятия и рассланцевания; 8 - пострудный разлом; 9 - скважины картировочного бурения

Кварцево-жильные тела выполнения. Кварцевые жилы этого типа широко распространены на многих рудных полях. Они представляют наибольший практический интерес, что связано с приуроченностью к ним рудной минерализации и наиболее крупных хрустальных гнезд с кондиционными кристаллами кварца. Большинство исследователей признает образование описываемых жил путем выполнения открытой системы трещин кварцевым материалом. Кварцевые жилы этого типа принято называть жилами выполнения.

К жилам выполнения прежде всего относятся мономинеральные кварцевые образования, сложенные крупным и гигантозернистым кварцем, имеющие четкие и резкие контакты с вмещающими породами (рис. 3). Размеры и форма этих жил полностью обусловлены системой трещин, причем чаще они приурочены к трещинам скола, частично используя другие системы трещин, и несколько реже отмечается их связь с трещинами отрыва.

Рис. 3. Жилы выполнения Светлинского хрусталеносного поля. Участок II-Водораздельный, траншеи № 2,9:

1 - почвенно-растительный слой; 2 - элювий; 3 - биотит-кварцевый сланец; 4 - двуслюдяно-кварцевый сланец; 5 - кварцевые жилы; 6 - измененные сланцы

В тех случаях, когда жилы приурочены к трещинам отрыва, они имеют линзовидную, чечевицеобразную, реже сложную форму и средние размеры. Их длина по простиранию колеблется от 2 до 15 м, по падению - от 1-2 до 5-7 м и по мощности - от 0,1 до 1-2 м. Когда эти жилы приурочены к сколовым трещинам, для них, помимо небольших и средних размеров и линзовидной формы, характерны еще и плитообразная форма со значительными размерами по простиранию (до 100 м), падению (до 20-50 м) и незначительная мощность (до 2-3 м). Эти жилы сложены крупно- и гигантозернистым кварцем, увеличение размеров индивидов которого нередко удается наблюдать от зальбандов к центру жилы. Отдельные блоки жильного кварца отделяются друг от друга индукционными гранями и достигают по удлинению 30-40 см, причем оси третьего порядка индивидов кварца ориентированы перпендикулярно или под достаточно большим углом (от 40-45є и выше) к зальбандам. Помимо кварца, в описываемых жилах в существенном количестве не встречаются никакие другие минералы, хотя в качестве акцессорных отмечены рутил, пирит, ильменит, турмалин и другие минералы. Кварцево-жильные тела выполнения нередко в зальбандах имеют полевошпатовую или андалузит-полевошпатовую оторочку мощностью от первых сантиметров до метра. К жилам выполнения относятся и минерализованные полости (рис. 4). Под минерализованной трещиной или полостью понимается геологическое тело, образовавшееся в результате постмагматической деятельности. Образование таких тел не связано с метаморфогенными процессами. Минеральный состав минерализованных трещин и полостей может соответствовать составу вмещающих горных пород, но чаще резко отличается. Классическим примером минерализованных полостей являются хрусталеносные тела, не связанные с кварцевыми жилами. Они обособлены от кварцевых жил и размещаются во вмещающих породах.

Кварцево-жильные образования рекристаллизации. Кварцево-жильные тела этого типа являются продуктом рекристаллизации первично-зернистого стекловидного и молочно-белого кварца ранних жил выполнения, претерпевших высокотемпературный дислокационный метаморфизм в более поздние этапы геологического развития региона. Типичным представителем образований этого онтогенического типа являются так называемые жилы гранулированного кварца кыштымского типа, которые имеют широкое распространение и достаточно большие размеры. Однородный гранулированный кварц кыштымского типа представляет собой равномернозернистый агрегат прозрачных или слабозамутненных четко индивидуализированных зерен.

Рис. 4. Полевошпат-кварцевые жилы в амфиболите. Светлинское хрусталеносное поле. Участок II-Косаревский, шх. № 680:

1- биотитово-кварцевый сланец; 2 - амфиболит; 3 - жильный кварц; 4 - регенерированный кварц; 5 - плагиоклаз; 6 - глины гнездового выполнения; 7- хлорит; 8 - эпидот; 9 - альбитизация

Гранулы в агрегате различно ориентированы и разделены сложными поверхностями соприкосновения, имеют изометрическую или удлиненную форму с ровными округлыми контурами границ. Широко распространенной разновидностью гранобластовой структуры является мозаичная структура, когда кварцевый агрегат обладает полигональными, часто шестиугольными слабо - удлиненными контурами границ. Такая разновидность кварца наиболее широко представлена на Кыштымском месторождении. Образование кварца кыштымского типа связано с хрупкой деформацией, рекристаллизацией кварца, обусловленной б-в-трансформацией первичного кварца (Юсупов и др., 1979; Мельников, 1988; Огородников и др., 2007), с последующей полигонизацией.

Наибольшее распространение имеют кварцево-жильные образования сложной онтогении. В телах этого типа можно найти фрагменты жил перекристаллизации, замещения, выполнения, рекристаллизации. К таким образованиям относятся жилы гранулированного кварца.

«Гранулированный кварц - это агрегат гранобластовой структуры, слагающий часто будинированные и согласные, реже секущие жилы, претерпевшие термодинамометаморфизм совместно с вмещающими породами» (Емлин и др., 1988). Следует подчеркнуть, что термин «грануляция» не является синонимом термина «дробление» или «блокование» (Григорьев, Жабин, 1975), с чем согласен автор. Автором выделены кварцево-жильные образования гранулированного кварца следующих типов: слюдяногорского, уфалейского, кыштымского, егустинского.

Гранулированный кварц слюдяногорского типа. На Кыштымском месторождении в зоне влияния Главного коллизионного шва (ГУГРа) в гнейсовой толще развиты тектонические зоны, в которых располагаются линейно вытянутые непротяженные и маломощные тела, сложенные равномернозернистым прозрачным кварцем с размером зерен до 5-10 мм. Слагающий этот тип жил кварц очень похож на средне-крупнозернистый гранулированный кварц кыштымского типа, а поэтому исследователями Уфалейского рудного поля в самостоятельный тип этот кварц не выделялся и относился к кварцу «кыштымского» типа. По нашим наблюдениям, эти кварцево-жильные тела образовались по первичным кварцевым прожилкам метаморфической дифференциации, сформировавшимся во время рифейского и раннеколлизионного этапов метаморфизма. Наложение на подобные прожилки метаморфической дифференциации в стадию поздней коллизии процессов метаморфизма уровня амфиболитовой фации (Т = 600-700 °С, Р = 6-10 кбар) привело к перекристаллизации слагающего их кварца и формированию жил перекристаллизации, представленных средне-крупнозернистым кварцем, пригодным для промышленного освоения.

Гранулированный кварц уфалейского типа. Эдуктом кварцево-жильных образований уфалейского типа являются метасоматические кварциты, сформировавшиеся в стадию ранней коллизии в результате процессов кислотного выщелачивания (Огородников и др., 2007). Такие кварциты сложены кварцем тонко-мелкозернистой структуры с неровными, зазубренными границами зерен. В стадию поздней коллизии под воздействием процессов дислокационного метаморфизма кварц метасоматических кварцитов претерпел перекристаллизацию с укрупнением кварцевых зерен. Жилы сложены тонко-мелкозернистым (0,5-2 мм) агрегатом зерен кварца гранобластовой структуры, с зазубренными границами зерен. В гранулированном кварце по метасоматическим кварцитам зерна чаще всего имеют неровные зубчатые границы, которые являются типичными для метасоматического кварца.

Одной из характерных особенностей гранулированного кварца этого генотипа является часто наблюдаемое волнистое угасание, наиболее интенсивно проявляющееся в крупных зернах кварца, образовавшихся путем перекристаллизации (бластеза). Такие разновидности гранулированного кварца широко представлены на Маукском, Кузнечихинском и Агордяшском жильных полях. При процессах перекристаллизации появляется уже более прямолинейный, полигональный рисунок границ зерен, типичный для грануломорфного кварца. Гранулированный кварц этих жил обладает рядом свойств, положительно выделяющих его среди других субформаций гранулированного кварца. К таким свойствам относятся высокий коэффициент светопропускания (Т = 75-90 %), низкие значения потерь при прокаливании, что связано с незначительным содержанием в нем газово-жидких включений.

Гранулированный кварц кыштымского типа. Именно к этому жильному кварцу в полной мере применим термин «гранулированный кварц». Кварц этого типа является продуктом рекристаллизации деформированного первично-зернистого стекловидного и молочно-белого кварца жил выполнения ранней стадии коллизии под воздействием процессов высокотемпературного дислокационного метаморфизма в стадию поздней коллизии. Грануляция кварца обусловлена наличием градиента температуры, избыточного тектонического напряжения и инициирована его полиморфным б-в превращением с образованием полигональной системы усадочных трещин, аналогичной «сотовому» кварцу камерных пегматитов. В результате деформации кварца и последующей его рекристаллизации происходит замещение деформированного, напряженного первично- гигантозернистого индивида агрегатом мелких зерен (рис. 5). Прослеживается зависимость размера зерен от характера предшествующей деформации. Чем выше степень деформации, тем более мелкозернистым становится новообразованный агрегат. Кварцевые жилы кыштымского типа пространственно и генетически приурочены к шовной зоне влияния ГУГРа. Они отличаются средними размерами, так как локализуются в трещинах отрыва, реже скалывания, оперяющих зоны взбросо-сдвигов.

В реальных геологических условиях, особенно в кварцевых телах больших размеров, перерождение первичного кварца происходит неравномерно. Размер гранул в жильных телах зависит от температурного режима метаморфизма, поэтому наиболее крупногранулированные структуры кварца фиксируются в зоне влияния Главного коллизионного шва, где уровень метаморфизма достигал амфиболитовой фации.

Рис. 5. Однородно гранулированный крупнозернистый кварц кыштымского типа. Кыштымское месторождение, жила 101, обр. С-2-4. Полированная пластина, натуральная величина

Гранулированный кварц егустинского типа. Самостоятельные тела, полностью сложенные кварцем егустинского типа, не встречены и мало вероятны. Кварц этого типа образуется метасоматическим путем в стадию поздней коллизии при процессах кислотного выщелачивания по кварцу уфалейского и кыштымского типов (Поленов и др., 2005; Поленов и др., 2006; Огородников и др., 2007). В кварце слюдяногорского типа в силу однородного строения кварцевого агрегата и большого количества субпараллельных реликтов вмещающих пород в жиле развитие метасоматического кварца егустинского типа визуально не наблюдается. Наложение на жильные тела уфалейского и кыштымского типов метасоматических процессов кислотного выщелачивания приводит к их метасоматическому преобразованию с развитием высокопрозрачного тонко-мелкозернистого кварца с извилистыми, зазубренными границами зерен. Такое преобразование приводит к дополнительному очищению первичного кварцевого агрегата и преобразует его в льдистоподобный, особо чистый по содержанию структурных и минеральных примесей.

Рудные кварцевые жилы. К кварцево-жильным образованиям сложной онтогении, формирование которых проходило не в одну, а в несколько стадий и в которых документируются процессы перекристаллизации, выполнения и замещения кварца, причем иногда в несколько стадий, относятся рудные кварцевые жилы. Вопрос о формировании рудных кварцевых жил уральских месторождений хорошо изучен и широко освещен в научной литературе (Бородаевские, 1947; Кутюхин, 1948; Иванов, 1948; Заводчиков, 1948; Куклин, 1948; Трифонов, 1948; Рундквист, 1961, 1964; Бородаевский и др., 1984; Сазонов и др., 1989; Сазонов и др., 2001; Золоев и др., 2002, 2008).

На примере рудных жил Карасьевского и Юго-Коневского месторождений Д.В. Рундквистом (1961) показано, что большая часть минералов (вольфрамит, флюорит, шеелит, мусковит, пирит и др.), располагаются в жилах в виде прожилков, тонких примазок и неправильных обособлений вдоль трещин, секущих массы молочно-белого кварца жил выполнения. На Юго-Коневском месторождении приуроченность минералов к трещинам, секущим кварц, проявляется в образовании аналогичных маломощных прожилков, а также в преимущественном расположении кристаллов и минеральных агрегатов от зальбандов к центру жил не под прямым углом, как это обычно наблюдается при выполнении трещин, а косо (рис. 6).

Во всех случаях трещины, к которым приурочены минералы в кварцевых жилах, ограничивались их зальбандами, так как за пределами жил рудная минерализация практически не наблюдается. Перечисленные факты позволяют заключить, что первоначально кварцевые жилы были безрудными и что все минералы (вольфрамит, шеелит, сульфиды, мусковит, флюорит и др.) образовались позднее, отлагаясь в кварцевых массах вдоль систем трещин. Ориентировка таких трещин довольно закономерна и однозначно увязывается с направлением сдвиговых смещений (Рундквист, 1961).

Рис. 6. Зарисовка различных типов строения кварц-вольфрамитовых жил. По (Рундквист, 1961):

1 - молочно-белый кварц; 2 - дымчатый кварц; 3 - мусковит; 4 - флюорит; 5 - пирит; 6 - вольфрамит; 7 - боковые породы

Одной из особенностей внутреннего строения кварц-вольфрамитовых жил описываемых месторождений является широкое развитие структур перекристаллизации, катаклаза, а также признаков пластических деформаций кристаллов и зерен минералов. Местами эти структуры развиты настолько широко, что затушевывают все первичные особенности строения жил. В таких участках кварц полностью перекристаллизован, образует тонкополосчатые агрегаты, обтекающие линзовидные обломки катаклазированных и растащенных кристаллов вольфрамита, пирита и других сульфидов .

По данным многих исследователей (Бородаевские, 1947; Кутюхин, 1948; Петровская, 1973; Сазонов, 1982 и др.), все относительно крупные выделения самородного золота образовались в поздние стадии рудного процесса; в это же время в небольших количествах возникали и ультрамелкие вкрапления золота. Характерно разнообразие способа отложения позднего золота - от заполнения трещинных полостей и инкрустации их стенок до вытеснения вещества минерала-хозяина. Как показывают многочисленные наблюдения, образование пространства для роста частиц и скоплений золота происходило при опережающем дроблении, растворении и выносе минерального вещества, в первую очередь кварца.

Почти все исследователи золоторудных месторождений указывают на наличие в рудных зонах серого, светло-серого, мелкозернистого, среднезернистого, нередко сахаровидного жильного кварца, локализующегося в виде небольших скоплений неправильной формы в зонах массивного молочно-белого или серовато-белого кварца. Эти участки, как правило, имеют и наиболее повышенную золотоносность. По многочисленным наблюдениям, этот кварц метасоматического происхождения и тесно связан с этапами золотооруденения.

Флюиды, ответственные за формирование кварца жил выполнения, которые следует рассматривать как благоприятную среду для последующих стадий отложения рудных минералов, и мелкозернистого метасоматического кварца стадий рудообразования, представляли собой NaCl-MgCl2 растворы, богатые СО2 и содержащие метан. Р-Т-параметры формирования этого кварца: температура гомогенизации Тгом = 360-290 °С, давление ~ 2,5 кбар, соленость флюидов 15,3-9,2 мас. % NaCl экв. Р-Т-параметры формирования метасоматического кварца - Тгом = 300-270 °С, давление 1,5 кбар, соленость флюида 17,0-8,4 мас. % NaCl экв (Бакшеев и др., 1998). По данным О. В. Викентьевой (2001), кристаллизация рудных минералов сульфидно-кварцевой и золото-сульфидной стадий проходила при Т = 285-150 °С и Р = 2,3-0,3 кбар. Многочисленные кварцево-жильные образования уральских месторождений вслед за Г. Н. Вертушковым и др. (1970) объединены автором в две формации - первично-зернистого и вторично-зернистого кварца. Но подход к интерпретации истории развития Урала с плитотектонических позиций дал возможность автору принципиально по-новому подойти к систематизации кварцево-жильных образований (табл. 1). Генезис кварцевых тел, сложенных первично-зернистым кварцем, связан с каким-либо одним геодинамическим этапом, а образование кварцевых тел, сложенных вторично-зернистым кварцем, является следствием наложения геологических процессов более поздних этапов или стадий на ранние кварцево-жильные образования.

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.

Как показали многочисленные исследования (Бородаевские, 1947; Карякин и др., 1967; Никитин и др., 1967, 1968; Вертушков и др., 1970; Рундквист, 1961, 1964, 1970; Емлин и др., 1988; Мельников и др., 1988; Евстропов и др., 1995; Кузнецов, 1998; Сазонов и др., 1999; Поленов и др., 2004, 2006 и т.д.), формирование эндогенных кварцево-жильных образований Урала связано с глобальными процессами метаморфизма, магматизма и приурочено к шовным зонам. Кварцевые жилы Урала являются типичными среднеглубинными образованиями, генетически связанными с салическим плутоногенным магматизмом.

В Уральском регионе месторождения кварцево-жильного типа сформировались в условиях ранне- (D2-C1) и позднеколлизионной (С1-Р) геодинамических обстановок (Овчинников, 1998; Месторождения …, 2001; Поленов и др., 2006, и др.).

Они связаны со следующими вещественными комплексами: гранитоидами тоналит-гранодиоритовой и габбро-гранитной формаций (380-320 млн лет), субщелочными гранитами монцонит-диорит-гранитной формации (320-340 млн лет) и гранитами гранитной формации (320-240 млн лет), а также с метаморфическими преобразованиями ранних кварцево-жильных тел под воздействием процессов ранней и поздней коллизий.

Рифтогенные кварцево-жильные образования. В мире (Австралия, Канада, Индия, Енисейский и Ленский регионы РФ и др.) эти образования представляют многочисленные золоторудные объекты, включая месторождения-гиганты (Константинов и др., 2000; Крупные…, 2004; и др.). На Урале известны отдельные небольшие месторождения этого типа (Авзян, Поповские сопки и др.), что обусловлено незначительным проявлением метаморфизма амфиболитовой фации и гранитизации. Какие-либо серьезные перспективы связывать с рифтогенными кварцево-жильными образованиями в регионе нет оснований.

Кварцевые жилы, сопряженные с массивами диоритов и габбро габбро-гранитной формации. В шовных зонах смятия, ограничивающих древние гнейсовые блоки, в раннем палеозое отмечаются кондуктивные теплопотоки, вызывающие в вулканогенно-осадочных толщах обрамления метаморфическую трансформацию на уровне эпидот-амфиболитовой фации. Магматизм в этих зонах начинается габброидами так называемой раннедевонской серии, имеющей возраст 400-380 млн лет. Массивом-эталоном является Пановский габбро-диоритовый массив (Месторождения…, 2001). С ним генетически связаны два типа кварцевых жил: ранние, сопряженные с габбро, сопровождающиеся пропилитами (малопродуктивными), и поздние, связанные с диоритами (продуктивные), локализующиеся в метасоматитах кварц-серицитовой формации (Мурзин и др., 1991). Рассматриваемые кварцевые жилы в регионе распространены незначительно. Главная отличительная черта рассматриваемых образований от таковых, связанных с массивами тоналит-гранодиоритовой формации, заключается в их сопряженности с кварцево-серицитовыми метасоматитами, а не с березитами-лиственитами.

Наличие флюидного потока приводит к значительному замедлению процесса кристаллизации базитового расплава. Этот магматизм создавал и вещество протолита тоналитов, гранодиоритов и источник энергии для их плавления. Базиты наращивали снизу кору, обусловили ее повышенную мощность в блокоограничивающих шовных зонах и гнейсово-амфиболитовых мегаблоках (Калинин, Ревердатто, 1969, 1977; Ферштатер и др., 2007; Хомичев и др., 2007). Производные от базитов анатектические гранитоиды имеют преимущественно тоналитовый или гранодиоритовый состав (рис. 7). Возраст по цирконам для этих интрузивных пород определен в интервале 360-320 млн лет (Ферштатер и др., 2007). Таким образом закладывается основа многофазных плутонов, причем количество фаз зависит от тектонической обстановки в зоне смятия. Становление их происходило в магматической камере путем пульсационной кристаллизации единого магматического расплава, с последовательным раскислением последующих фаз. Пульсационная кристаллизация особенно характерна для верхних частей плутонов, и оптимальные глубины ее проявления определяются в 1-4 км (Косалс, 1970).