Минерагеническая эволюция постколлизионных кварцевых жил (Мурзинско-Адуйский микроконтинент, Средний Урал)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата геолого-минералогических наук

Минерагеническая эволюция постколлизионных кварцевых жил (Мурзинско-Адуйский микроконтинент, Средний Урал)

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

Старицына Ирина Анатольевна

Екатеринбург - 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор Емлин Эдуард Фёдорович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Сазонов Владимир Николаевич

кандидат геолого-минералогических наук Савельева Клара Павловна

Ведущая организация - Институт минералогии УрО РАН (г. Миасс)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы определяется всё возрастающей потребностью общества и современной промышленности как в традиционных, так и в новых видах ювелирного, поделочного и цветного камня. Обосновывая формационное единство кварцевых жил - источников горного хрусталя, аметиста, цитрина, переливта и декоративных брекчий, автор предлагает научную основу для системы поисков и разведки комплексных видов сырья, связанных с жилами изучаемой формации.

Состояние проблемы. Практическое освоение постколлизионных кварцевых жил началось с коренных выходов и россыпей шайтанского переливта, обнаруженных в 1797 году бергмейстером А.В. Раздеришиным. Жилы эти были потеряны, и в 1932 году Г.Н. Вертушков оценивал прогнозные запасы главным образом элювиальных россыпей переливта. И только в 1960 году А.В. Глазковым вновь обнаружены коренные источники россыпи переливта (Емлин и др., 2002). Несмотря на то, что жилы, послужившие объектом исследования, известны более двух веков, они не были вовлечены в научный анализ, и подробное описание их в литературе отсутствует. Исключением является работа Т.А. Глазовой и Д.П. Григорьева (1984). Поэтому представленные в диссертации описания и генетическая интерпретация текстур жильных агрегатов представляют определенную новизну. В развитии идей онтогении индивидов и агрегатов большое значение имеют работы Г.Г. Леммлейна (1973), Д.П. Григорьева «Онтогения минералов» (1961), А.А. Жабина «Онтогения минералов. Агрегаты» (1975), В.А. Попова «Практическая кристалломорфология минералов» (1984), А.В. Осинского (1976), Ю.М. Дымкова (1985), А.А. Кораго (1988).

Коллектив кафедры минералогии Уральского государственного горного университета проводил минералогическое картирование жильных полей Среднего и Южного Урала (Вертушков, Соколов, Якшин, 1969). Увлечённые идеей о ведущей роли гранулированного кварца в решении проблемы кварцевого сырья для плавки особо чистых монокомпонентных стекол сотрудники кафедры минералогии провели исследования метаструктур индивидов (ряд «пластическая деформация > рекристаллизация») (Синкевич, 1965; Суставов, 1965; Емлин, 1969), а текстуры роста оставались за пределами детального изучения. Начиная с 1992 года сотрудники кафедры минералогии, петрографии и геохимии реализуют проект «Самоцветная полоса Урала» (Емлин и др., 2002). Цель этого проекта - интеграция учебной и исследовательской работы. Объекты Самоцветной полосы Урала вовлекаются в качестве эмпирической основы Уральской минералогической школы. На кафедре было выполнено более 20 курсовых и дипломных работ, в результате разработки которых собрана представительная коллекция, отражающая текстурное разнообразие жил изучаемой формации (Шмелёв, 1997; Гредюшко, 2002). Автор принимает участие в этих работах с 1999 года, уделяя главное внимание эволюции кварцевых жил на базе онтогенических методов применительно к индивидам и агрегатам.

Исследование самой поздней на Урале жильной кварцевой минерализации является продолжением традиций известной уральской минералогической школы, основанной профессором Г.Н. Вертушковым, который так много сделал для разработки и внедрения в практику методов прикладной минералогии кварца.

Идея работы. Единая формация постколлизионных кварцевых жил представляет собой сложную иерархию систем. Минеральный индивид находится на начальном уровне этой иерархии и входит в качестве подсистемы в структуру агрегата. Агрегат может быть представлен как подсистема сложного жильного образования, причем каждая жила, в свою очередь, рассматривается как подсистема в структуре жильного поля, а жильные поля объединяются в формацию. Следуя геогенетическому закону Д.В. Рундквиста (1970), индивид в редуцированном виде отражает этапы формирования агрегата, агрегат - жилы, а система жил - формации в целом. Поэтому последовательный онтогенический анализ агрегатов позволяет выявить фрагменты эволюции кварцевых жил и, более того, установить генетическое единство, на первый взгляд, таких различных образований, как переливт и друзовый кварц, расщеплённые индивиды и колломорфные текстуры, сферолиты и субидиоморфные агрегаты кварца (известные под названием «фарфоровидный кварц» (Глазова, 1985)). В результате в первом приближении возможно представить основные черты минерагенической эволюции постколлизионных кварцевых жил Мурзинско-Адуйского микроконтинента (Краснобаев и др., 2005).

Цель работы: выявление основных признаков новой формации постколлизионных кварцевых жил, исследование и онтогенический анализ типоморфных жильных агрегатов, оценка направлений комплексного использования постколлизионных кварцевых жил.

Основные задачи исследований:

1) Выделение формации постколлизионных жил на основе геологических критериев. 2) Систематизация кварцевых жил на основе текстурных особенностей жильных агрегатов. 3) Выделение типоморфных агрегатов формации постколлизионных кварцевых жил. 4) Оценка перспектив на различные виды комплексного кварцсамоцветного сырья в постколлизионных жилах.

Фактический материал. Тематическая коллекция, содержащая более 100 штуфов, была собрана в течение полевых сезонов 1999 - 2006 г.г., дополнительно задействованы штуфы из коллекции кафедры минералогии, петрографии, геохимии, собранные в течение 1992-2002 г.г. В коллекции представлены штуфы из Шайтанского месторождения, минерализованных зон Придорожной (61 км от Екатеринбурга), Цитриновой, Гематитовой, Аметистовой, Кокардовой, с северо-восточной части Берёзовского жильного поля (Ушаковский карьер), Липовского силикатно-никелевого месторождения.

Методы исследований. Поставленные задачи решались с помощью ставшего уже традиционным онтогенического метода анализа строения агрегатов и комплекса современных методов изучения минерального вещества. В процессе работы были изготовлены специальные препараты: прозрачные пластины, ориентированные шлифы, шлифованные пластины для анализа с помощью импульсной катодолюминесценции, полированные штуфы, специальные шлифы толщиной 0,1 мм без покровного стекла для петроструктурного анализа. Использованы возможности рентгеноструктурного анализа, метод электронной микроскопии, метод импульсной катодолюминесценции, петроструктурный анализ кварцевых агрегатов (ориентировка оптических осей индивидов, границ зерен, включений книжной текстуры); для обработки данных петроструктурного анализа применялась компьютерная программа «Stereo Nett».

В основу метода онтогенического анализа положено несколько принципов:

1. Реальные кристаллы отражают историю своего развития (Григорьев, 1961).

2. Реальные минеральные индивиды, в отличие от идеальных, содержат дефекты, возникшие во время роста (зональность, секториальность, границы двойников и субиндивидов, минеральные и газово-жидкие включения, грани свободного роста, индукционные грани), следы последующих хрупких (брекчирование, дробление) и пластических деформаций, проявления полигонизации и рекристаллизации.

3. История реального индивида записана в виде дефектов.

4. Каждый реальный агрегат отражает историю своего формирования (основывается на действии онтогенического принципа Д.П. Григорьева (пункт 1)).

5. Агрегат состоит из индивидов и границ между ними.

6. Идеальных агрегатов не существует, но в агрегатах, образующихся в стационарных (близких к равновесным) условиях, выражено стремление к состоянию с минимальной внутренней энергией. Таким приближением является формирование параллельно-шестоватых агрегатов, увеличение размера индивидов и возрастание доли рациональных смежных границ, в том числе и двойниковых. В этом случае справедлив принцип: «каждый агрегат стремится стать индивидом» (Емлин, 1987).

7. В нестационарных (резко неравновесных) условиях проявляется обратная тенденция, когда единый минеральный индивид накапливает дефекты роста, расщепляется, обеспечивает быструю скорость кристаллизации за счет образования входящих углов на фронте кристаллизации субиндивидов. Таким образом, происходит постепенный переход от индивида к субагрегату, состоящему из расщеплённых субиндивидов, и, наконец, к агрегату, состоящему из индивидов, разделённых большеугловыми границами.

Онтогенические принципы, первоначально сформулированные для минеральных индивидов, в настоящее время экстраполируются на агрегаты. Примером такой экстраполяции служит классификация параллельно-шестоватых агрегатов I-го типа, в которой учитывается потенциальная форма агрегатобразующих кристаллов, предложенная В.А. Поповым (1984).

Научная новизна:

1. Выделена новая для Урала формация постколлизионных кварцевых жил, образование которой обусловлено поздними стадиями развития гидротермальной активности, сопряжённой с развитием гипергенных процессов.

2. Исследованы типоморфные агрегаты постколлизионных жил, с помощью которых восстановлены последовательность и условия минералообразования. В том числе такие параметры минералообразующих систем, как стационарные и нестационарные режимы осаждения и накопления кремнезёма, динамика хрупких деформаций, соотношение скоростей роста индивидов и скорости раскрытия трещин, изменение окислительно-восстановительных условий минералообразования, сопряжение гипогенных и гипергенных процессов. Многие агрегаты, имеющие принципиальное значение для восстановления истории сложных жильных систем, описаны впервые для Мурзинско-Адуйского микроконтинента и даже для Урала. Типоморфные агрегаты постколлизионных жил могут быть использованы для формационно-фациального анализа сложных жильных полей, которые характеризуются сопряжением гидротермальных и гипергенных процессов.

3. Установлено формационное единство месторождений аметиста, переливта, цитрина, горного хрусталя и декоративных брекчий, что может быть использовано при оценке перспектив на указанные виды сырья как в новых, так и в освоенных районах Урала.

Личный вклад. Автор самостоятельно получил основные результаты, составляющие научную новизну и прикладное значение диссертационной работы. Впервые проведено систематическое исследование агрегатов, типоморфных для кварцевых жил постколлизионной формации, и предложена модель их формирования. Проведено исследование работ по генезису и физико-химическим условиям образования кварцевых агрегатов. Однако диссертационная работа, посвящённая онтогении кварцевых жил, является традиционной для кафедры минералогии петрографии и геохимии, и автор, безусловно, опирается на многолетний опыт, накопленный поколениями уральских исследователей кварца.

Практическая значимость работы заключается в расширении перспектив практического использования жил и жильных зон формации постколлизионных кварцевых жил при поисках и их комплексной оценке на различные виды коллекционного и камнесамоцветного сырья, при условии использования поисковых признаков и критериев, предложенных автором.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Уральской минералогической школе - 2002 (Екатеринбург, 2002), на Молодёжной научно-практической конференции, секция «Минералогии» (Екатеринбург, 2003, 2004, 2005, 2006), на международной научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2004, 2005, 2006), на научно-практической конференции «Ювелирное и камнерезное искусство» в Музее истории камнерезного и ювелирного искусства (Екатеринбург, 2004), на IX Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых учёных имени академика М.А. Усова (Томск, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Объём работы составляет 112 страниц машинописного текста, в том числе 83 рисунка, 5 таблиц, список литературы (92 наименования).

В первой главе дан очерк геологической истории Среднего Урала, особое внимание уделено мезозойской истории и строению Мурзинско-Адуйского микроконтинента.

Вторая глава отведена под краткое описание геологии постколлизионных кварцевых жил, в заключении этой главы выделены типоморфные геологические особенности этой формации.

Третья глава посвящена описанию методов исследования, которые применялись при подготовке диссертационной работы, обозначены направления их использования. Дано описание онтогенического метода анализа агрегатов.

В четвёртой главе даётся краткий обзор современного состояния исследований онтогении кварцевых агрегатов (Д.П. Григорьев, Г.Г. Леммлейн, А.Г. Жабин, В.А. Попов, Э.Ф. Емлин, О.А. Суставов, А.В. Осинский).

В пятой главе рассмотрено строение жил, типоморфными для которых являются сложные агрегаты, брекчии, параллельно-шестоватые агрегаты II-го типа с книжной текстурой, сопряжение друзовых и колломорфных текстур. Исследована онтогения кварцевых агрегатов Шайтанского месторождения и поздних жильных зон Мурзинско-Адуйского микроконтинента (Цитриновая, Гематитовая, Придорожная, Кокардовая), а также единичных жил северо-восточной части Берёзовского месторождения.

В шестой главе приведена физико-химическая интерпретация процесса формирования постколлизионных жил, в течение которого происходило сопряжение гипогенного и гипергенного минералообразования.

Седьмая глава освещает основные направления практического использования формации постколлизионных кварцевых жил. Приводятся поисковые критерии и поисковые признаки, которые рекомендуется применять на различных стадиях оценки месторождений коллекционного и камнесамоцветного сырья.

Благодарности. Автор признателен своему научному руководителю д. г.-м. н., проф. Э.Ф. Емлину за внимание и всестороннюю критику на всех стадиях выполнения работы. Автор искренне благодарен сотрудникам кафедры минералогии, петрографии, геохимии за содействие при выполнении работы и доброжелательное отношение. Весьма полезным было обсуждение отдельных вопросов диссертации с проф., д. г.-м. н. В.А. Поповым, к. г.-м. н. В.И. Поповой (ИМин УрО РАН, г. Миасс), к. г.-м. н. Т.И. Полуэктовой (ТПУ, г. Томск), к. г.-м. н. В.И. Кайновым, к. г.-м. н. О.А. Суставовым (УГГУ). Автор благодарен им за плодотворные дискуссии, консультации, поддержку и ценные замечания. Аналитические работы выполнялись инженером-аналитиком Н.Г. Сапожниковой (рентгеноструктурный анализ, УГГУ), инженером-аналитиком М.В. Калачёвой (лаборатория электронной микроскопии, УГГУ), студентом группы МПГ-02 Клюкиным Ю. И. (импульсная катодолюминесценция, Институт электрофизики УрО РАН). Изготовление шлифов, полированных штуфов и специальных проб для анализа с помощью инфракрасной катодолюминесценции производилось в шлифовальной лаборатории УГГУ, часть шлифов была изготовлена в шлифовальной лаборатории ИГиГ УрО РАН (г. Екатеринбург). Всем им автор выражает свою искреннюю благодарность и признательность.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

постколлизионный кварцевый жила

Первое защищаемое положение. Выделена формация постколлизионных кварцевых жил, которая при сохранении генетической связи с самыми поздними проявлениями гранитного магматизма сопряжена во времени и пространстве с формированием восточноуральского пенеплена и кор выветривания мезозойского возраста. Это сообщество кварцевых жил, объединенных единым временным интервалом образования (200-175 млн. лет), содержит общие черты развития минералообразующих систем, что отражается в их строении, минеральном составе и минерагении.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Жилы и системы жил, относимые нами к этой формации, установлены в пределах эндо- и экзоконтактов Мурзинско-Адуйского микроконтинента (рис. 1), они приурочены к зонам дробления северо-восточного простирания. Перечень жил, составленный ПО «Уралкварцсамоцветы», включает более 60 объектов (Емлин и др., 2002). К этой формации относятся кварц-переливтовые жилы Шайтанского месторождения и минерализованные зоны Придорожная, Цитриновая, Гематитовая, Аметистовая, Кокардовая. Это самые поздние жильные образования в изученном районе, они часто наложены на более ранние зоны гидротермальной минерализации преимущественно палеозойского возраста.

Для кварцевых агрегатов постколлизионных жил характерны структуры хрупкого разрушения, сопряженного с регенерацией. Они отличаются от более ранних жил отсутствием следов метаморфизма жильного кварца (ни пластической деформации, ни полигонизации, ни рекристаллизации), широко распространенного для кварца ранних рудных жил.

Следует подчеркнуть особенные черты данного семейства жил: 1) единичные жилы не характерны, устанавливаются сложные (из 2-3 и более) жилы; 2) широко развиты полистадийные брекчии, цемент которых представлен друзовым кварцем, переливтом и микрозернистым («фарфоровидным») кварцевым агрегатом; 3) в пределах одной жилы друзовые агрегаты сменяются колломорфными: 4) обычна смена восстановительных условий минералообразования на окислительные; 5) характерно сопряжение гидротермальной аргиллизации вмещающих пород и диккит-кварцевого жильного выполнения.

Постколлизионные жилы и жильные зоны распространены в пределах Мурзинско-Адуйского микроконтинента, который является фрагментом континентальной коры. Микроконтинент включает древнее метаморфическое основание и позднепалеозойские гранитные массивы. Адуйский гранитный массив имеет неоднородное строение. Здесь наряду с ранними проявлениями гранитного магматизма встречаются молодые интрузии, дайки аплитов и тела редкометальных и камерных пегматитов. Время формирования самых поздних пегматитов принимается нами как вероятное время завершения гранитного магматизма в пределах Мурзинско-Адуйского микроконтинента. С этим периодом связано развитие гидротермальной минерализации, которая постепенно переходит от высоко- и средне- температурной к низкотемпературной (вплоть до гипергенной), соответственно изменяются как минеральные парагенезисы, так и строение жильных агрегатов. Минерал-индикатор гипогенных условий минералообразования (восстановительная среда) - пирит, гипергенных условий (окислительная среда) - гётит.

Возраст и условия образования формации постколлизионных кварцевых жил оцениваются, согласно следующим фактам:

1. Возраст коллизионных Адуйских гранитов составляет 260 - 255 млн. лет (Ферштатер, 2001). С течением времени область активного гранитообразования смещалась на восток (Ферштатер, 2001), поэтому наиболее молодые пегматиты вероятно мезозойского возраста расположены в пределах восточного эндоконтакта Мурзинско-Адуйского массива. Что же касается длительности действия гидротермальных систем, то здесь устанавливается обратная зональность. Наиболее длительное развитие претерпели постколлизионные жилы, расположенные в западном экзо- и эндоконтакте Мурзинско-Адуйского микроконтинента. Это объясняется тем, что время их активности определялось действием двух различно направленных геологических событий: первое - перемещение с запада на восток развития гранитообразования, второе (обратное) - с востока на запад продвижение морской трансгрессии, которая запечатывала и консервировала действующие гипо-гипергенные системы. Таким образом, наиболее длительное развитие претерпели постколлизионные жилы на западе (Шайтанское месторождение) и более быстротечным был период формирования жил восточной окраины Мурзинско-Адуйского микроконтинента.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Магматизм в пределах Мурзинско-Адуйского микроконтинента завершился через 30-40 млн. лет после становления коллизионных гранитов внедрением редкометальных гранитов (Малышевский комплекс, K-Ar возраст по биотиту 220-240 млн. лет, Ферштатер, 2001). Однако В.С. Попов (2003) для редкометальных пегматитов Квартального месторождения приводит возраст 196 млн. лет. Низкотемпературная гидротермальная минерализация, представленная постколлизионными кварцевыми жилами, очевидно, формировалась позднее завершения постколлизионного гранитообразования, поэтому в качестве максимального её возраста мы принимаем значение 200 млн. лет. Гидротермальная минерализация генетически связана со становлением этих гранитов. Во всяком случае, в пределах сложного полиформационного тела, вскрытого Семенинской копью, прослеживается прерывистая последовательность от ранних бериллоносных пегматитов к гидротермальной среднетемпературной (дымчатый горный хрусталь) и низкотемпературной (аметист) минерализации, до поздней, представленной регенерационным и колломорфным цементом кристаллобрекчий.

3. Предельное значение возраста постколлизионных жил соответствует времени сантонской морской трансгрессии (175 млн. лет). Береговая линия моря, наступавшего на Урал с востока, уже в юре подошла к уральскому водоразделу (Сигов, 1969). Мезозойские коры выветривания и гипо-гипергенные жильные системы оказались законсервированными мелководными морскими осадками.

Широкое развитие линейных и площадных кор выветривания, связанных с восточноуральским пенепленом, объясняется влажным и теплым климатом мезозоя (Сигов, 1969), в зонах тектонических нарушений коры прослежены на глубину до 150-170 м (Липовское месторождение силикатного никеля). Коры выветривания служили источниками коллоидных растворов кремнезёма. Инфильтрационная минерализация, как будет показано ниже, участвует в формировании постколлизионных жил.

Образование кварцевых жил постколлизионной формации (рис. 2) происходило в интервале от 200 млн. лет (возраст самых молодых пегматитов; Ферштатер, 2001; Попов и др., 2003;) до 175 млн. лет (возраст морской трансгрессии; Сигов, 1969). Именно в этот период происходило разрушение молодого горного рельефа, формирование поверхности выравнивания, что обеспечило возможность вскрытия гидротермальных систем и сопряжения гипо- и гипергенной минерализации.

Второе защищаемое положение. Для кварцевых жил постколлизионной формации установлены следующие типоморфные признаки:

· преобладание составных и сложных жил;

· развитие агрегатов с книжной текстурой;

· отсутствие структур и субструктур пластической деформации и рекристаллизации;

· широкое развитие хрупкого дробления, регенерации и перекристаллизации;

· полистадийные брекчии;

· последовательная смена кристалломорфных структур колломорфными и гипогенных парагенезисов гипергенными.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование постколлизионных жил - это динамично развивающийся процесс, поэтому для данной формации характерны сложные составные жилы и системы жил. Простые жилы, соответствующие единичному эпизоду заполнения тектонической трещины встречаются редко, обычными являются жилы, состоящие из нескольких простых жил, разделенные тонкой просечкой аргиллизита, маркирующей положение былого зальбанда, такие жилы называются составными.

Сложные жилы обнаруживают полициклический или последовательный характер формирования жильного выполнения, причем стадии минерализации в этом случае иногда разделены эпизодами тектонического дробления.

Выделяются такие основные типы составных жил:

1. Все простые жилы, объединяемые в составном жильном образовании, имеют симметричное строение и сложены параллельно-шестоватым агрегатом I-го типа (рис. 3), часто с остаточными друзовыми пустотами. Размер индивидов и совершенство геометрического отбора зависят от мощности жилы. Скорость раскрытия трещины превышает скорость роста индивидов кварца по любому кристаллографическому направлению, поэтому образуется параллельно-шестоватый агрегат I-го типа (Григорьев, 1961). Формирование единичной жилы происходит так: 1) возникновение и быстрое раскрытие трещины в породе; 2) образование множества центров кристаллизации кварца на стенках тещины (зальбанд); 3) рост разориентированных кристаллов, формирование зоны геометрического отбора; 4) медленный рост крупных кристаллов кварца ориентированных вектором максимальной скорости роста нормально к зальбанду жилы; 5) образование параллельно-шестоватого агрегата I-го типа и остаточных друзовых полостей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Направление растяжения при тектонических подвижках во время образования полистадийной жилы, сложенной параллельно-шестоватыми агрегатами I-го типа, не изменяется на протяжении всего процесса минералообразования. Каждое новое раскрытие трещины происходит вдоль зальбанда предыдущей жилы, не нарушая её (см. рис. 3).

Этот механизм залечивания тектонических трещин действует в диапазоне температур 25 - 373 ⁰С (конечная критическая точка воды), в котором система H₂O-SiO₂ «чувствительна» к изменению давления, поскольку при падении давления резко снижается растворимость кремнезёма SiO₂ (Холланд, 1970).

2. Все простые жилы, представленные в составном жильном теле, сложены параллельно-шестоватым агрегатом II-го типа (рис. 4).

При этом скорость приоткрывания трещины меньше скорости роста кварца по любому кристаллографическому направлению (Григорьев, 1961). Обычно это маломощные прожилки, разделённые линзовидными прослоями вмещающих пород, которые образуют ложные зальбанды составной жилы. Такие жилы широко известны, а выразительная текстура их выполнения называется книжной. В строении жильного агрегата «записаны» прерывистый характер и относительная скорость раскрытия трещины, поэтому жилы с книжной текстурой могут быть представлены как своеобразные «сейсмограммы»: каждый тектонический импульс, приводящий к образованию трещины, отмечен ложным зальбандом, а время медленного раскрытия трещины пропорционально мощности единичной жилки.

3. Составная жила включает в себя призальбандовую жилу с книжной текстурой, но в основном состоит из простых жил, сложенных параллельно-шестоватым агрегатом I-го типа. При возникновении такой жилы произошло наложение двух тектонических подвижек различной амплитуды и мощности. Сначала трещина приоткрывается микропульсационно, возникает агрегат II-го типа, затем происходит существенное раскрытие трещины и свободное пространство заполняется агрегатом I-го типа. Такая жила представляет собой результат сопряжения минерализации в двух динамически различных обстановках и может быть представлена как пример перехода от составной жилы к сложной.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

4. В пределах единого составного жильного тела (Шайтанское месторождение) устанавливается стандартная последовательность, включающая стадии друзового роста и седиментационного осаждения колломорфного агрегата. В этом случае выделяются такие генетические типы агрегатов (рис. 5): 1) друзовый кварц (параллельно-шестоватый агрегат I-го типа); 2) зона расщепления кристаллов кварца, завершающая формирование друзового агрегата; 3) колломорфный агрегат, текстура которого свидетельствует о течении вязкого коллоидного раствора; 4) «фарфоровидный кварц» - продукт раскристаллизации однородного геля кремнезёма; 5) микродрузовые агрегаты - результат кристаллизации кварца из остаточного раствора, отделившегося при дегидратации коллоида. Таким образом, в процессе формирования жильного выполнения кристалломорфный рост агрегата из гидротермального раствора сменяется образованием золя кремнекислоты, осаждением геля кремнезёма и его раскристаллизацией. Причиной этой инверсии может быть «вскрытие» гидротермальной системы вследствие быстротечной эрозии и пенепленизации молодого горного рельефа. Последовательность событий может быть представлена следующим образом:

· Гидротермальная система функционирует в условиях стационарного (литостатического) давления и медленного понижения температуры (от средних температур к низким), что отражается сменой березитизации вмещающих жилы гранитоидов на более позднюю аргиллизацию.

· Смена литостатического давления на гидростатическое сопровождается «вскипанием» гидротермального раствора, отделением газовой фазы и резким падением температуры, что приводит к росту расщеплённого друзового агрегата. Соответственно березитизация, сопутствующая гидротермальной стадии друзового роста, сменяется кварц-диккитовым парагенезисом жильных колломорфных агрегатов и аргиллизацией вмещающих пород.

· Преобразование гидротермальной гипогенной системы в коллоидную гипергенную отмечено сменой друзовых агрегатов колломорфными - переливтом и фарфоровидным кварцем.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Сопряжение друзовых и седиментационных текстур установлено при формировании агрегатов жильной зоны Гематитовой. В этом случае наблюдаются такие генетические типы агрегатов: 1) друзовый кварц с зоной геометрического отбора, замутнённый газово-жидкими включениями; 2) зона расщепления кристаллов кварца по граням ромбоэдров; 3) накопление на гранях, расположение которых оказалось субгоризонтальным, седиментационных конусов, сложенных колломорфным агрегатом. Минеральный состав седиментационного материала: кварц, каолинит, гематит, гётит, гипс; 4) поздняя стадия роста граней расщеплённых кристаллов, не перекрытых седиментацией, и образование поверхностной зоны седиментационных конусов, окрашенных в красный цвет включениями гематита и гётита. На друзе (рис. 6), располагавшейся на вертикальной стенке полости (зона 1), образовались седиментационные конусы и седиментационные валики (зоны 1, 2).

Если скорость роста кристалла больше скорости седиментации, кристалл будет расти, если нет, то кристалл постепенно засыплет седиментационным материалом. Этот механизм соответствует способу образования параллельно-шестоватых агрегатов IV-го типа (Попов, 1984). На друзовом агрегате, зальбанд которого располагался субгоризонтально (зона 3), осадочный материал заполнил все промежутки между кристаллами, выравнивая поверхность друзы. Теоретически (зона 5) на более низком горизонте жилы остаётся чистый друзовый кварц без следов воздействия гипергенеза.

Гематит-кварцевые агрегаты жильной зоны Гематитовой при всем внешнем различии генетически близки к кварц-диккитовым агрегатам Шайтанского месторождения. Но в жилах Шайтанского месторождения остаточные друзовые пустоты были заполнены коллоидным кремнёземом полностью, а в гематит-кварцевых жилах этот процесс не завершен, сохранился «окаменевший» результат частичного заполнения остаточных полостей.

6. Сопряжение гипогенных и гипергенных условий минералообразования проявлено в составной жиле, сложенной параллельно-шестоватым агрегатом II-го типа с книжной текстурой, которая образована в результате более чем 100 микроимпульсов минералообразования. Установлена такая последовательность событий (рис. 7):

- Лиственитизация серпентинитов вследствие проникновения гидротермальных растворов, содержащих Н₂O, CO₂, K⁺, [SiO]^4-₄, S^2-.

- Многократное раскрытие и залечивание трещин параллельно-шестоватым карбонат-кварцевым агрегатом II-го типа с пиритом. Эпизоды «раскрытие > залечивание» отмечены ложными зальбандами (линзовидными включениями вмещающих пород), 147 таких эпизодов зарегистрировано индивидом кварца, представляющим собой фрагмент параллельно-шестоватого агрегата с книжной текстурой (рис. 8).

- Формируется гипергенный парагенезис. По жильному пириту образуются псевдоморфозы гётита. Вмещающий лиственит преобразуется в тонкодисперсный агрегат (гидрослюда, гётит, магнезит) с характерной текстурой гипергенеза - ооидами, представляющими собой аналог колец Лизеганга.

- Продолжается образование параллельно-шестоватого агрегата II-го типа с книжной текстурой, который представлен характерным гётит-кварц-карбонатным парагенезисом, практически совпадающим с возникшим при выветривании лиственита.

- Внешний зальбанд сложной гетит-карбонат-кварцевой жилы пересекает концентрически-зональные ооиды, что свидетельствует о позднем (по отношению ко времени формирования ооидов) развитии микрожилок, составляющих книжную текстуру с гипергенным парагенезисом.

«Разрастание» жильного параллельно-шестоватого агрегата II-го типа происходило уже после формирования ооидов, то есть в состав жилы входит параллельно-шестоватый гётит-карбонат-кварцевый агрегат с гипергенным парагенезисом. Таким образом, в пределах этой составной жилы наблюдается сопряжение гипо- и гипергенной минерализации, которое отражает смену восстановительных условий минералообразования на окислительные.

7. Брекчии - это результат прерванной хрупким разрушением последовательности минералообразования. Среди брекчий можно обнаружить аналоги составных и сложных жил, в которых ранняя жила представлена в виде обломков, а поздняя - в виде цемента брекчии. Можно выделить несколько разновидностей брекчий, представленных в жилах изучаемой формации.

- Простые кристаллобрекчии первого типа: обломки и цемент представлены друзовым параллельно-шестоватым агрегатом I-типа - это аналог составных жил первого типа (см. рис.3). Такие брекчии установлены в жильных зонах Придорожной и Цитриновой.

- Полистадийные кристаллобрекчии: обломки представлены жильным параллельно-шестоватым агрегатом I-го типа, фрагментами кристаллов и вмещающих серицитизированных гранитов. Цементом является друзовый кварц второй генерации. Третья генерация друзового кварца представлена цитрином (жильное поле Цитриновое).

- Кристаллобрекчии. В жиле Семенинской представлено сочетание пегматитового, раннего гидротермального процесса и наложенного позднего минералообразования (Емлин и др., 2002), отмеченного образованием кристаллобрекчий. Друзовые полости гидротермального генезиса испытали разрушительное действие поздних тектонических подвижек небольшой амплитуды. Кристаллы горного хрусталя были раздроблены на обломки, уплощенные по граням ромбоэдра. Эти обломки испытали регенерацию, которая объединила их в кристаллобрекчию, состоящую из обломков горного хрусталя и регенерационного цемента.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кокардовые текстуры - это брекчии, в которых обломки изометричной формы обрастают друзовым кварцем (параллельно-шестоватым агрегатом I-го типа), при этом каждый обломок приобретает концентрически-зональное строение (рис. 9). Первоначально существовал друзовый агрегат, который был раздроблен. Обломки кристаллов стали новыми центрами кристаллизации. Вокруг обломков последовательно нарастает несколько белых и окрашенных в красный цвет кварцевых щёток. Отдельный обломок в брекчии постепенно приобретает округлую форму.

- Сложные полистадийные брекчии: обломки сложены друзовым агрегатом, а цемент представлен колломорфным агрегатом. Это аналог сложных жил, такие брекчии установлены в пределах Шайтанского месторождения и жильной зоны Цитриновой. Образование брекчиевых текстур шайтанского переливта вызвано затухающими тектоническими подвижками на поздних стадиях развития жильной системы. Цемент брекчий никогда не представлен друзовым кварцем, значит, процессы хрупкого разрушения и брекчирования начались после завершения роста кристалломорфных агрегатов (после гидротермальной стадии). Брекчирование сопряжено или предшествует формированию колломорфных текстур, накоплению переливта или фарфоровидного кварца. Встречаются полистадийные брекчии, обломки в которых представлены брекчиями более ранних генераций.

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСТКОЛЛИЗИОННЫХ КВАРЦЕВЫХ ЖИЛ

Обобщённая модель формирования постколлизионных кварцевых жил может быть представлена следующим образом:

1. Образование постколлизионных жил связано с самыми поздними проявлениями гранитного магматизма на Урале. Оценка А.С. Таланцевым (1989) физико-химических условий формирования аметистоносных зон месторождения Ватиха, относимых нами к формации постколлизионных кварцевых жил, следующая: Р = 300-500 бар, что соответствует глубине 1 -1,5 км, температура от 170 до 110 °С, содержание CO₂ - 2,7-2,9 мас.%. Мы предполагаем, что вероятная температура раствора, из которого отлагается друзовый кварц, представленный в постколлизионных жилах, не превышает 200-250 ⁰С (при градиенте 35⁰/км температура на глубине 3-6 км составляет 105-210 ⁰С). На начальных стадиях развития жил поровые растворы имеют слабокислую реакцию рН=5-5,5 (Смит, 1968), присутствие пирита в гидротермальных парагенезисах свидетельствует о восстановительной среде минералообразования (Еh < 0). Источником тепла для гидротермальных растворов служили остывающие гранитные интрузии и связанные с ними аплиты и пегматиты.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Эрозия и пенепленизация приводят к снижению литостатического давления в гидротермальной системе, а развитие трещин разгрузки - к резкому уменьшению величины этого давления, поскольку при этом происходит смена литостатической нагрузки (300 бар) на гидростатическую (100 бар). Это приводит к отделению летучих, вскипанию гидротермального раствора и вследствие этого падению температуры. Резко возрастает пересыщение раствора, быстрорастущие индивиды захватывают гетерофазные флюидные включения, что способствует их расщеплению (формированию входящих углов на растущих гранях) и ускорению скорости кристаллизации. При резком падении давления и температуры не исключается возможность образования коллоидных растворов кремнезёма уже на стадии вскрытия гидротермальной системы при температурах 115-140 ⁰С (Годовиков и др., 1987).

3. Смена кристалломорфных текстур на колломорфные, в том числе формирование седиментационных текстур заполнения остаточных друзовых полостей, свидетельствует о новом гипергенном этапе минералообразования, который наступает вследствие вскрытия гидротермальных систем и поступления коллоидных растворов кремнезема инфильтрационной природы. Смена текстур сопряжена с изменением гипогенных (низкотемпературных гидротермальных) парагенезисов на гипергенные (рис. 10), что иногда сопровождается изменением восстановительных условий минералообразования (Eh < 0; pH= 5,5) на окислительные (Eh > 0; pH= 4,8 - 5).

Низкотемпературные гидротермы, из которых осаждается кремнезём, представляют собой растворы высокомолекулярной кремнекислоты в низкомолекулярной жидкости, отвечающие по свойствам золям с низкой вязкостью. Золь кремнезёма, теряя воду, переходит в гидрогель, раскристаллизация гелей кремнезёма сопровождается отделением остаточных растворов, пересыщенных относительно кристаллического кремнезема. Это ускоряет раскристаллизацию аморфного кремнезёма и иногда приводит к кристаллизации позднего микродрузового кварца из остаточного раствора.

4. Амплитуду и скорость эрозионных процессов можно оценить, учитывая, что поверхность мезозойского I₃/K₁ восточноуральского пенеплена вскрывает постколлизионные граниты, минимальная глубина образования которых 3-6 км. Это значит, что эрозия и пенепленизация были быстротечны, и гидротермальная активность могла сохраняться в течение развития пенеплена, вплоть до сопряжения с процессами формирования линейных кор выветривания в зонах трещиноватости, благоприятных для локализации как гидротермальных, так и гипергенных процессов.

5. Таким образом, мы полагаем, что гидротермальная активность минералообразующих систем во времени, а на поздних стадиях и в пространстве сопряжена с гипергенными процессами вследствие активного разрушения горного рельефа, вскрытия всё еще действующих гидротермальных систем и вовлечения в минералообразование инфильтрационных коллоидных растворов и кислородных вод.

Многостадийный процесс инверсии гипогенной системы в гипергенную отражен в последовательной и закономерной смене типоморфных агрегатов, слагающих постколлизионные жилы. Обобщённая последовательность минералообразования постколлизионных жил, восстановленная по фрагментам текстур жильных агрегатов, представлена в таблице.

Выявлены следующие стадии минералообразования:

1. Гипогенная стадия. Кристаллизация друзового кварца. Низкотемпературный гидротермальный раствор (Т ⁰С = 100 - 200 ⁰С). Глубина 1-1,5 км. Литостатическое давление 300-500 бар. Плотность гидротермального раствора 0,5-1 г/см³. Слабокислая среда минералообразования (рН = 5 - 5,5; Eh < 0).

2. Нестационарная стадия. Друзовый рост расщеплённого кварца. Гидростатическое давление менее 100 бар. Глубина менее 1 км. Вскрытие закрытой гидротермальной системы, «вскипание» раствора.

3. Гипергенная стадия. Отложение кремнезёма из коллоидного раствора. Аморфный кремнезём осаждается при температуре не выше 115 - 140 ⁰С. Гидростатическое давление менее 100 бар (Eh > 0).

Третье защищаемое положение. Проявления горного хрусталя, цитрина, месторождений аметиста, шайтанского переливта и декоративных брекчий в пределах Мурзинско-Адуйского микроконтинента связаны с формацией постколлизионных кварцевых жил. Минерагеническая эволюция постколлизионных жил порождает огромное разнообразие текстур кварцевых агрегатов, которые, в свою очередь, могут быть использованы как декоративно-поделочные камни и ценный коллекционный материал с высоким геоинформационным потенциалом.

Последовательность минералообразования в постколлизионных жилах, восстановленная по типоморфным текстурам кварцевых агрегатов

Процессы жилообразования и минералообразования	Гипогенный этап	Гипергенный этап
	Гидротермальный раствор	Коллоидный раствор	Остаточный раствор
	стационарный	нестационарный
1. Березитизация
2. Аргиллизация
3. Параллельно-шестоватый агрегат II-го типа с книжной текстурой
4. Составные жилы (параллельно-шестоватый агрегат I-го типа)
5. Горный хрусталь
6. Цитрин
7. Расщеплённый кварц (параллельно-шестоватый агрегат I-го типа)
8. Аметист I
9. Вскрытие полости, сопряжение гипо- и гипергенной минерализации
10. Гипергенный парагенезис.
11. Брекчирование
12. Седиментационные текстуры
13. Фарфоровидный кварц
14. Микродрузовый кварц
15. Аметист II

С данной формацией связаны месторождения ювелирного, камнесамоцветного и поделочного камня. Наиболее известны месторождение аметистов Ватиха (гипогенный этап, стационарная и нестационарная стадии; Таланцев и др., 1989) и Шайтанское месторождение переливта. К этому перечню следует добавить жилы с цитрином и горным хрусталём, которые долгое время служат источником коллекционного материала. Типоморфные агрегаты постколлизионных жил, отражающие сложную историю минералообразующей системы, обладают уникальным геоинформационным потенциалом. Кварцевые агрегаты подробно «записывают» сложную тектоническую историю поздних стадий развития Мурзинско-Адуйского микроконтинента. Полистадийные брекчии и книжные текстуры являются своеобразными «сейсмограммами», где запись каждого тектонического импульса осуществляется вследствие осаждения минералов кремнезёма. Эти жилы могут служить эмпирической основой для курса «Генетическая минералогия», а также источником материала для формирования университетских коллекций по онтогении минералов кремнезёма. Интерес представляет возможность расшифровки геологического контекста в строении жильных агрегатов. Динамичное развитие, проявление нестационарной стадии роста при минералообразовании, которые находят отражение в структуре и строении агрегатов, придают декоративность жильному материалу. Совпадение высокой информативности с декоративностью является типоморфной особенностью агрегатов постколлизионных жил.

Ниже приведены основные поисковые критерии и признаки, которые рекомендуется использовать на разных стадиях оценки постколлизионных жил и связанной с ними минерализации, имеющей практическое значение.

Поисковые критерии

1. Жилы изучаемой формации обнаруживаются в зонах развития постколлизионных гранитов, вскрытых поверхностью пенеплена мезозойского возраста.

2. Поисковым критерием является развитие кор выветривания (линейных кор, следующих зонам тектонических трещин, переотложенных кор в карстовых ловушках и реликтов площадных кор), связанных с восточноуральским пенепленом (поздняя юра - ранний мел).

3. Постколлизионные жилы имеют северо-восточное простирание и часто представляют собой останцовые формы рельефа, возвышающиеся над поверхностью выравнивания, что позволяет их идентифицировать на аэрофотоснимках.

4. Продуктивность жильной зоны подтверждается развитием березитизации и узколокальных ореолов аргиллизации вдоль зон трещиноватости.

Поисковые признаки

· Типоморфные текстуры кварцевых агрегатов хорошо сохраняются в элювии, делювии и аллювии, по таким обломочным ореолам можно обнаружить коренной источник постколлизионных жил.

· Продуктивность жильной зоны оценивается по закономерному сочетанию текстур, представленных в отдельных образцах. Например, если в агрегате аметисту предшествует расщеплённый кварц, эта жила может быть продуктивной (Аметист I), но если аметист следует за колломорфными текстурами (Аметист II), то в таких жилах низка вероятность обнаружения ювелирного сырья. Образованию аметиста (II) и цитрина в постколлизионных жилах часто предшествует отложение колломорфного агрегата (переливт) (см. табл.).

· Полистадийные брекчии отражают в составе цемента и обломков несколько стадий минералообразования. В зависимости от того, производные каких стадий минералообразования подверглись брекчированию, можно прогнозировать наличие кристаллосырья или декоративного камня. Находки в россыпях обломков, в которых представлены брекчии друзового кварца (параллельно-шестоватый агрегат I-го типа) с колломорфным цементом указывают на жильные зоны, перспективные на декоративное и коллекционное сырьё.

· Тектоническое разрушение (брекчирование) повышает декоративность сопряжённых с ним колломорфных агрегатов, но разрушает кристаллосырье.

· Коллекционные свойства друзовых агрегатов минерализованной зоны Придорожной ухудшаются вследствие наложения нестационарной стадии и гипергенной минерализации. Проявляется расщепление кристаллов горного хрусталя, в кристаллах образуется периферическая зона роста, кристаллы разрушаются при позднем брекчировании. Напротив, в случае шайтанского переливта гипергенные процессы повышают декоративные свойства, добавляя в палитру его цветов красно-оранжевые оттенки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Новые данные по минерагении постколлизионных кварцевых жил позволяют сформулировать направления их практического использования. Представляется целесообразным апробировать методику онтогенического анализа агрегатов, разработанную автором, для переоценки известных геологических объектов, изученных ранее как источники одного вида сырья, с целью определения перспектив их комплексного освоения (коллекционное и ювелирно-поделочное сырьё, геоинформационный ресурс). Перспективны следующие направления использования типовых объектов формации постколлизионных жил:

· Как источники декоративного камня (переливт, декоративные брекчии) и различных видов кристаллосырья (друзы горного хрусталя, цитрин, аметист).

· В качестве эмпирической базы научно-исследовательских программ и научного туризма в структуре Режевского природно-минералогического заказника.

· Жильные зоны с поздней минерализацией (Гематитовая, Хрустальный остров, Кокардовая) целесообразно включить в качестве природно-минералогических памятников в структуру особо охраняемых территорий Свердловской области.

· Разнообразие и информационная содержательность текстур кварцевых агрегатов позволяет рекомендовать жильные поля (Гематитовое, Придорожное, Хрустальный Остров, Кокардовое, Аметистовое, Цитриновое) в качестве источника уникального коллекционного материала для составления университетских тематических коллекций по курсу онтогении минералов и агрегатов.

В настоящее время основные научные результаты диссертационной работы вовлечены в учебный процесс на кафедре минералогии петрографии и геохимии Уральского государственного горного университета при изучении студентами курсов прикладной и генетической минералогии.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

2. Старицына И.А. Типоморфные текстуры кварцевых агрегатов в постколлизионных жилах (Шайтанское месторождение переливта) // Литосфера.- 2006. - № 3.- С. 166-170.

3. Старицына И.А. Изучение параллельно-шестоватого агрегата II-го типа с полосами книжной текстуры (северная часть Берёзовского золоторудного месторождения, Средний Урал// Материалы Уральской минералогической школы-2002. - Екатеринбург. 2003. - С. 125-127.

4. Старицына И.А. Строение сложных полистадийных кварцевых жил в экзоконтактах Адуйского гранитного массива // Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: 2004. - С. 74-77.

5. Старицына И.А. Минералогические аспекты конкурса ювелирного, камнерезного и гранильного искусства им. А.К. Денисова-Уральского (Музей истории камнерезного и ювелирного искусства). // Материалы конференции. МИКиЮИ. Екатеринбург, Изд. «Литера - Д», 2004. - С. 109 - 111.

6. Старицына И.А. Сопряжение гипо- и гипергенной минерализации в сложных карбонат-кварцевых жилах Берёзовского месторождения золота (Средний Урал)// Металлогения древних и современных океанов - 2004: Науч. изд.- Миасс: ИМиН УрО РАН, 2004. Т. II. - C. 39-43.

7. Старицына И.А. «Геологические уровни» в жилах шайтанского переливта (Средний Урал) // Металлогения древних и современных океанов - 2005. Том II. - Миасс: ИМин УрО РАН, 2005. - С. 132-136.

8. Старицына И.А. К онтогении шайтанского переливта. // Материалы Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург: УГГУ. 2005. - С. 121-122.

9. Старицына И.А. Сопряжение гипогенных и гипергенных условий минералообразования при формировании минеральных агрегатов в жильных телах Березовского месторождения// Труды IX международного симпозиума имени академика М.А. Усова. - Томск, 2005. - С. 124-126.

10. Старицына И.А. Текстуры жильных кварцевых агрегатов// Материалы уральской минералогической школы-2005.- Екатеринбург.2005.- С. 145-148.

11. Старицына И.А. Уральский узорчатый камень - шайтанский переливт - в контексте истории, культуры и науки // Теоретические и прикладные вопросы современной географии: Материалы школы-семинара. - Томск: Дельтаплан, 2005. - С. 63-65.

...