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

В диссертации изложены результаты исследования формации постколлизионных кварцевых жил, которая представлена множеством небольших тел, составляющих жильные зоны, расположенные в пределах Мурзинско-Адуйското микроконтинента. Часть этой территории входит в пределы Режевского природио-минералогического заказника. Жилы данной формации привлекают внимание тем, что перспективны на добычу коллекционною, ювелирного и поделочною камнесамоцветного сырья (горный хрусталь, цитрин, аметист, шай-танский переливт). Исследование агрегатов кварца с помощью онтогенического анализа позволило восстановить содержательную историю развития жил этой формации.

Актуальность работы определяется все возрастающей потребностью общества и современной промышленности как в традиционных, так и в новых видах ювелирного, поделочного и цветного камня. Обосновывая формациониое единство кварцевых жил — источников юрного 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 па-чачось с коренных выходов и россыпей шайтанского переливта, обнаруженных в 1797 тоду бсргмейстсром A.B. Раздеришиным. Жилы эти были потеряны, и в 1932 году Г II. Вертушков оценивал прогнозные запасы главным образом элювиальных россыпей переливта. И только в 1960 году A.B. Глазковым вновь обнаружены коренные источники россыпи переливта (Ем-лин 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 лишь работа Г. А. Глазовой и Д. П. Григорьева (1984). Поэтому представленные в диссертации описания и генетическая интерпретация текстур жильных агрегатов представляют определенную новизну. В развитии идей и методов онтогении индивидов и агрегатов большое значение имеют работы Г. Г. Леммлейна (1973), монографии Д. П. Григорьева «Онтотения минералов» (1961), A.A. Жабина «Онтотения минералов. Агрегаты» (1975), В. А. Попова «Практическая кристалломорфология минералов» (1984), A.B. Осинскою (1976), Ю. М. Дымкова (1985), A.A. Кораго (1988).

Коллектив кафедры минералотии Уральского государственного горною университета проводил минералогическое картирование жильных полей Среднего и Южного Урала (Вертушков, Соколов, Якшин, 1969). Увлеченные идеей о ведущей роли гранулированного кварца в решении проблемы кварцевого сырья для плавки особо чистых мопокомпонептных стекол сотрудники кафедры минералогии провели исследования иетаструктур индивидов (ряд пластическая деформация —" рекристаллизация") (Синкевич, 1965; Суставов, 1965; Пмлин, 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 минералог ической школы. На кафедре было выполнено более 20 курсовых и дипломных работ, в результате разработки которых собрана представительная коллекция, отражающая текстурное разнообразие жил изучаемой формации (Шмелев, 1997; Гредюшко, 2004). Автор принимает участие в этих работах с 1999 года, уделяя главное внимание эволгоции 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 па Урале.

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 ноля объединяются в формацию. Необходимо подчеркнуть, что, 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 онтогениче-ский 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 жич на основе геологических критериев.

2) Систематизация кварцевых жил на основе текстурных особенностей жильных агрегатов.

3) Выделение типоморфпых агрегатов формации постколлизионных кварцевых жил.

4) Оценка перспектив на различные виды комплексного кварцсамоцветною 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, 1еохимии, собранные в течение 1992;2002 г. г. В коллекции представлены штуфы из Шайтапскою месторождения, минерализованных зон Придорожной (61 км от Екатеринбурга), Цитриновой, Гематитовой, Аметистовой, Кокардовой, с северо-восточной части Березовского жильного поля (Ушаковскии карьер), Липовского силикатно-никелевого месторождения.

Методы исследований. Поставленные задачи решались с помощью ставшею уже традиционным онтогенического метода анализа строения агре1атов и комплекса современных методов изучения минеральною вещества. В процессе работы были изютовлены 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 рентгеноструктуриого анализа, метод электронной микроскопии, метод импульсной катодолюминесценции, петроструктурный анализ кварцевых агре! атов (ориентировка оптических осей индивидов, ориентировка границ зерен, ориентировка включений книжной текстуры) — для обработки данных петроструктурного анализа применялась специальная компьютерная программа «Stereo Nett».

В основу метода онтогенического анализа положено несколько принципов:

1. Реальные кристаллы отражают историю своего формирования (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 деформации, 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. Гаким образом, происходит постепенный переход от индивида к субагрегату, состоящему из расщеплённых субиндивидов, и, наконец, к агрегату, состоящему из индивидов, разделенных большеу/ловыми границами.

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

Основные защищаемые положения.

1. Выделена формация поегколлизионных кварцевых жил, которая при сохранении ¡-енетических связен с самыми поздними проявлениями гранитного магматизма сопряжена во времени и пространстве с формированием восточно-уральского пенеплена и кор выветривания мезозойскою возраста. Это сообщество кварцевых жил, объединенных единым временным интервалом образования (200−180 млн. лет), содержит общие черты развития минералообразующих систем, что отражается в их строении, минеральном составе и мииерагении.

Основные доказатечьства этого поюжения приведены в главе 1, 2 2. Для кварцевых жил ностколлизионной формации установлены следующие ти-номорфные 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 колломорфпыми и гиногеп-ных парагенезисов гипергенными.

Основные доказатечьства этого поюжения приведены в главе 5, 6.

3. Проявления горного хрусталя, цитрина, месторождений аметиста, шайтанско-го переливта и декоративных брекчий связаны с формацией постколлизионных кварцевых жил. Минерагеническая эволюция ностколлизионных жил, порождает огромное разнообразие текстур кварцевых агрегатов, которые в свою очередь мо1ут бьпь использованы как декоративно-поделочные камни и ценный коллекционный материал с высоким 1еоинформационным потенциалом.

Основные доказательства этого почожения приведены в главе 7.

Научная новизна:

1. Выделена новая для Урала формация постколлизионных кварцевых жил, образование которой обусловлено поздними стадиями развития гидротермальной активности, сопряженной 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 кремнезема, динамика хрупких деформаций, соотношение скоростей роста индивидов и скорости раскрытия трещин, изменение окислительно-восстановительных условий минералообразования, сопряжение гипошшых и гипергенных процессов. Мно1ие агрегаты, имеющие принципиальное значение для восстановления исю-рии сложных жильных систем, описаны впервые для Мурзинско-Адуйскою микроконтинента и даже для Урала. Типоморфные агрегаты ностколлизионных 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 диссертационнои работы. Впервые проведено систематическое исследование агрегатов, типоморфиых для кварцевых жил постколлизиониой формации, и предложена модель их формирования. Проведено исследование работ по генезису и физико-химическим условиям образования кварцевых агрегатов. Однако диссертационная работа, посвященная онтогении кварцевых жил, является традиционной для кафедры минералогии петро1рафии 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 постколлизионной формации при поисках и их ко мкомплексной оценке на разчичные виды коччекционного и кшшесамоцвепшого 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 Молодежной научно-практической конференции, секция «Минералогии» (Екатеринбург, 2003, 2004, 2005, 2006), на X международной научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов -2004. Достижения на рубеже веков» (Миасс, 2004), на XI международной научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов-2005. Формирование месторождений на разновозрастных океанических окраинах» (Миасс, 2005), на XII международной научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов-2006. Условия рудообразования» (Миасс, 2006), на научно-практической конференции «Ювелирное и камнерезное искусство» в Музее истории камнерезного и ювелирною искусства (Екатеринбург, 2004), на IX Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых имени академика М. А. Усова (Томск, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Благодарности. Автор признателен своему научному руководителю д-ру 1еол.-мин. наук, проф. Э. Ф. Емлину за внимание и всестороннюю критику на всех стадиях выполнения работы. Автор искренне благодарен академику В. А. Коротееву и сотрудникам кафедры минералогии, петрографии, геохимии за содействие при выполнении работы и доброжелательное отношение. Весьма полезным было обсуждение отдельных вопросов диссертации с проф., д-ром геол.-мин. наук В. А. Поповым, канд. 1еол.-мин. наук В. И. Поповой (ИМип УрО РАН, г. Миасс), канд. геол.-мин. наук Т. П. Полуэктовой (1ПУ, г. Томск), канд геолмин наук В. И. Каиновым, канд. геол.-мин. наук O.A. Суставовым (УГГУ). Автор бла! одарен им за плодотворные дискуссии, консультации, поддержку и ценные замечания.

Аналитические работы выполнялись инженером-аналитиком П. Г. Сапожниковой (рсптгеноструктурный анализ, УГГУ), инженером-аналитиком М. В. Калачёвой (лаборатория электронной микроскопии, УГГУ), студентом фуппы МПГ-02 Клюкиным Ю. И. (импульсная катодолюминесценция, Институт электрофизики УрО РАН). Изготовление шлифов, полированных штуфов и специальных проб для анализа с помощью инфракрасной катодолю-минесценции производилось в шлифовальной лаборатории УГГУ, часть шлифов бьпа изготовлена в шлифовальной лаборатории ИГиГ УрО РАН (г. Екатеринбур1). Всем им автор выражает свою искреннюю благодарность и признательность.

Заключение

.

Научное значение. В диссертационной работе впервые выделены типоморфныс признаки агрегатов формации постколлизионных кварцевых жил, существенной чертой развития которых является сопряжение гипогенной и гипергениой минерализации.

Изучение типоморфных агрегатов постколлизионных кварцевых жил позволило достоверно установить последовательность минералообразования, которая в некоторых случаях была полистадийной, а иногда прерывистой. Строение кварцевых агрегатов также отражает условия их образования, фиксируя изменения физико-химических параметров природной среды. Особое значение имеет выявление режимов стационарного и нестационарного осаждения и накопления кремнезема, которое сопровождается изменением окислительно-восстановительных условий среды минералообразования. Динамика хрупких деформаций и соотношение скоростей роста индивидов и скорости раскрытия трещин отражены в строении кварцевых кристаллобрекчий и сложных сопряженных жил.

Типоморфные признаки формации постколлизионных кварцевых жил могут быть использованы при изучении и оценке сложных жильных полей, которые характеризуются сопряжением разновозрастной кварцевой минерализации (палеозой — мезозой), а также сочетанием гидротермальных и гипергенных процессов.

При оценке перспектив на добычу камнесамоцветного, ювелирного или коллекционною сырья в различных районах Урала стоит учитывать выявленное формационное единство месторождений аметиста, цитрина, горного хрусталя, переливта и декоративных брекчий. Например, месторождение декоративных брекчий может быть сопряжено с месторождением переливта. Аметистовая и цитриновая минерализация может быть наложенной на более ранние месторождения декоративных брекчий или переливта. Так, используя данные, полученные для формации постколлизионных кварцевых жил, можно рассчитать перспективу комплексного освоения и разработки кварцевого месторождения.

Практическое значение полученных 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, геоипформационныи 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, Кокардо-вая) целесообразно включить в качестве природно-минералогических памятников в структуру особоохраняемых территорий Свердловской области.

• Разнообразие и информационная содержательность текстур кварцевых агрегатов позволяет рекомендовать жильные поля (Гематитовое, Придорожное, Хрустальный Остров, Кокардовое, Аметистовое, Цитриповое) 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.

Изучеггие формации постколлизионных кварцевых жил на уровне строения агрегатов и их онтогении, в конечном итоге позволяют определить наггравления практического использования подобных агрегатов и предложить простую, но доступную систему поисковых признаков и критериев для поиска месторождений камнесамоцветного сырья в жилах данной формации.