Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Пространственно-временные закономерности формирования жильного кварца

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Кузнецов, Сергей Карпович, Сыктывкар

V У

■ "" > -

Российская академия наук Уральское отделение Коми научный центр Институт геологии

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Сергей Карпович

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЖИЛЬНОГО КВАРЦА (на примере Приполярного Урала)

04.00.20 - минералогия, кристаллография

Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

¡1 президиум ВАК Рос^й .1, | ученую степень ДОКТОРА 1

Начал г/— Сыктывкар наук

" ления 6АК России

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...........................................................................4

Глава 1. Вопросы эволюции гидротермального минералообразования.

Состояние изученности жильного кварца ............................13

Глава 2. Геологическое строение Приполярного Урала ....................31

Глава 3. Общие сведения о кварцевых жилах ......................................45

Особенности размещения ..........................................................45

Форма и строение....................................49

Минеральный состав...........................................5?

Глава 4. Конституция и свойства жильного кварца ..........................63

Строение индивидов и агрегатов ..........................................63

Элементы-примеси.................................................................111

Оптические свойства...........................................................118

Электронный парамагнитный резонанс ..................................131

Термолюминесценция..................................................................139

Декрепитация и газоотделение..............................................143

Глава 5. Изменчивость кварца в пределах жил ..................................152

Глава 6. Жильный кварц основных районов и месторождений..........174

Валбанъюский район ..................................................................174

Николайшорский район..............................................................183

Народинский район...................................194

Маньинский район ......................................................................200

Щекурьинский район ..................................................................209

Основные месторождения ..........................................................215

Месторождение Додо..............................................................215

Месторождение Желанное......................................220

Глава 7. Рудоносность кварцевых жил..................................................282

Торговское вольфрам-молибден-висмутовое проявление . 282

Полиметаллическое проявление Караванное ........................293

Золото-сульфидное проявление Синильга ............................296

Золото-платиноидное проявление Чудное ............................304

Глава 8. Региональные минералогические закономерности ....... 361

Глава 9. Эволюция кварцеобразования ..................................................377

Взаимоотношения, последовательность образования,

возраст кварцевых жил ............................................................37?

Возрастной ряд кварца............................................................394

Источники вещества ..............................................................408

Кристаллизация кварца...................................................414

Выполнение полостей ............................................................414

Метасоматоз и метаморфическая дифференциация ..........437

Метаморфизм кварца ..................................................................438

Хрупкие и пластические деформации ................................439

Перекристаллизация ..............................................................442

Перераспределение примесей ....................... 446

Растворение............................................................................450

Радиационные эффекты..............................................451

Основные этапы и стадии кварцеобразования........... 453

Глава 10. Жильный кварц как техническое сырье ............... 463

Выводы ...................................................... 493

Литература .................................................. 497

ВВЕ]

няни

Актуальность проблемы. Вопросы эволюции, стадийности, зональности гидротермального минералообразования как постмагматического, так и метаморфогенного относятся к числу фундаментальных в минералогии, учении о месторождениях рудных и нерудных полезных ископаемых. Кварцу всегда уделяется большое внимание, поскольку это наиболее распространенный минерал, формирование его происходило в различных геологических условиях в широком диапазоне изменения физико-химических параметров. С кварцевыми жилами связана разнообразная рудная минерализация, сам кварц служит важным техническим сырьем, использующимся для производства стекла, пьезооп-тических изделий, синтеза искусственных монокристаллов. Потребность в нем промышленно развитых стран неуклонно растет.

Имеется большое количество работ, в том числе зарубежных, посвященных конституции и свойствам жильного кварца и горного хрусталя, их онтогении, типоморфизму, условиям формирования. Это работы С.Ф.Адамса, В.С.Балицкого, В.В.Буканова, Г.Н.Вертушкова, Э.Ф.Емлина, А.В.Козлова, А.А.Кораго, Г.И.Крыловой, Г.Г.Леммлейна, Е.П.Мельникова, В.Й.Павлишина, Н.В.Петровской, Г.А.Синкевича, С.О.Суставова, А.В.Осинского, Г.А.Юргенсона, В.И.Якшина и многих других исследователей. Хорошо изучен кварц основных промышленных провинций: Южного, Среднего и Приполярного Урала, Алдана, Казахстана, Памира. В последние годы выполнен ряд крупных обобщений (Дроздов и др., 1985; Емлин и др., 1988; Мельников, 1988; Огородников, 1993; Евстропов и др., 1995; Юргенсон, 1997; Козлов, 1998 и ДР.).

Проблема эволюции жильного кварца является одной из ключевых. К настоящему времени накоплен обширный фактический материал по различным провинциям, районам, месторождениям, установлено.

что формирование кварца было многоэтапным, стадийным. Однако существующие генетические построения остаются еще недостаточно полными, не охватывают всего разнообразия кварца. В частности, горный хрусталь обычно рассматривается обособленно от жильного кварца, хотя генетически он тесно с ним связан, занимая определенное место в эволюционном ряду. Знание более общих закономерностей кварцеобразования является крайне важным для понимания тенденций развития гидротермальных палеосистем, прогнозирования и поисков месторождений высококачественного кварцевого сырья, а также рудных месторождений.

Целью работы является установление на примере Приполярноу-ральской провинций пространственно-временных закономерностей формирования гидротермально-метаморфогенного кварца, включая все его основные разности, вплоть до наиболее поздних генераций горного хрусталя.

В задачи исследований входило:

1. Изучение условий залегания, строения, минерального состава кварцевых жил, локализованных в породах разного возраста (от раннего протерозоя до ордовика), степени метаморфизма.

2. Изучение конституции и свойств жильного кварца: строения индивидов и агрегатов, элементов-примесей, оптических свойств, парамагнитных центров, термолюминесценции, декрепитации. Проведение типизации жильного кварца.

3. Выяснение закономерностей размещения различных типов жильного кварца и сопутствующих ему минеральных ассоциаций в пределах крупных районов. Изучение жильного кварца рудных проявлений, выяснение рудоносности кварцевых жил в связи с условиями их залегания, текстурно-структурными особенностями кварца.

4. Установление региональных топоминералогических закономерностей. Выделение полей развития молочно-белого, прозрачного, гранулированного кварца, горного хрусталя. Установление пространственных закономерностей развития сопутствующих минеральных ассоциаций, в том числе рудных.

5. Выяснение последовательности образования кварцевых жил, оценка их возраста. Выявление тенденций изменения конституции и свойств кварца в направлении от ранних генераций к поздним. Оценка условий кристаллизации и метаморфизма жильного кварца.

6. Выделение основных этапов и стадий кварцеобразования, ру-догенеза в связи с проявлением тектономагматических и метаморфических процессов, построение эволюционной модели формирования жильного кварца.

7. Оценка особенностей качества жильного кварца как технического сырья. Выявление закономерностей его региональной и локальной неоднородности, выделение наиболее чистых разностей.

Фактический материал и методика исследований. В основу работы положены материалы личных исследований автора, проводившихся на Приполярном Урале с 1976 г. Изучен жильный кварц Балбанъюско-го, Николайшорского, Народинского, Маньинского, Хобеинского, Ще-курьинского. Торговского, Манарагского районов, месторождения Желанного. Выполнены геологические маршруты, документация кварцевых жил, их опробование, составлены топоминералогические схемы. В качестве геологической основы использовались схемы и карты масштабов 1:10000, 1:25000, 1:100000. Обобщающие топоминералогические построения делались на геологической основе масштаба 1:200000. Кроме Приполярного Урала полевые работы велись на Полярном Урале (Манитанырдский район) и на ряде месторождений Среднего Урала

(Кыштымский район), Изучены жильный кварц и рудная минерализация Торговского вольфрам-молибден-висмутового проявления, золото-сульфидного проявления Синильга, золото-платиноидного проявления Чудного, полиметаллического проявления Караванного,

Лабораторные исследования проводились в Институте геологии Коми научного центра УрО РАН, частично - в Центральной лаборатории ПГО Уралгеология, ВНИИСШСе, ГЕОХИ РАН, ИГЕМ РАН и других организациях. Выполнены минералогический, силикатный, нейтронно-ак-тивационный, изотопный и другие анализы пород и минералов. Жильный кварц изучался в штуфах, полированных пластинах, шлифах. Для горного хрусталя делалось морфологическое описание, изготавливались полированные пластины. Всего просмотрено 2000 шлифов, 400 пластин. С целью визуализации текстурно-структурных особенностей кварцевые пластины подвергались травлению в плавиковой кислоте, гамма-облучению. Проводились микроструктурный анализ зернистых агрегатов, электронно-микроскопические наблюдения поверхностей зерен и сколов. Содержание элементов-примесей в жильном кварце оценивалось с помощью количественного спектрального анализа и пламенной фотометрии. Проведены разнообразные спектроскопические исследования. На спектрофотометре SPECORD UV VIS изучено поглощение кварца в ультрафиолетовой и видимой областях, на спектрофотометре UR-20, SPECORD - в инфракрасной области. Сделано 920 определений светопропускания кварцевой крупки на фотозлектроколори-метре ФЭК-56М. На радиоспектрометре SE/X-2547 исследованы примесные и непримесные парамагнитные центры. Методами гомогенизации и вакуумной декрепитации изучены газово-жидкие включения, проведен их газохроматографический анализ.

Научная новизна. Установлены эволюционные закономерности

формирования жильного кварца., горного хрусталя, сопутствующих минеральных ассоциаций в гидротермально-метаморфогенных палеосисте-мах. Выделены этапы, стадии и под стад,ии кварцеобразования. Показана доминирующая роль процессов регионального метаморфизма, проявляющаяся в зависимости не только минерального состава жил, но и изотопного состава С и 0 карбонатов от состава вмещающих пород.

Дана детальная характеристика жильного кварца и установлены региональные закономерности развития его основных типов. Выделены поля мелкозернистого, крупно-гигантозернистого молочно-белого, прозрачного, гранулированного кварца, дымчатых, дымчато-цитрино-вых кристаллов, аметиста.

Выявлены особенности регионального размещения сопутствующих жильному кварцу минеральных ассоциаций, в том числе рудных. Установлено наложение богатой золоторудной минерализации и на согласные, и на более молодые секущие жилы. Получены первые сведения о новом для севера Урала типе минерализации: фуксит-золото-паллади-евом.

Уточнены последовательность образования и возраст кварцевых жил. Установлен эволюционный ряд жильного кварца. Прослежено изменение различных конституционных особенностей и свойств кварца при последовательной смене его генераций. Обнаружена тенденция возрастания содержания в кварце структурных элементов-примесей, особенно А1, Ое, И, 1л. Вместе с этим показано, что содержание структурных примесей в кварце понижается как при его грануляции, так и при развитии хрупких и пластических деформаций.

Установлены закономерности изменения оветопропускания кварца и содержания в нем структурных элементов-примесей в различных жилах в зависимости от текстурно-структурных особенностей кварца,

направления роста индивидов, положения участков грануляции, ка-таклаза, локализации хрусталеносных гнезд.

Практическое значение, Выявлены основные региональные закономерности размещения промышленно различных типов жильного кварца и горного хрусталя. Получены детальные сведения о конституции и свойствах кварца, определяющих его качество как плавочного, пь-езооптического, ювелирного сырья. Определены наиболее чистые разности кварца, отличающиеся самым низким содержанием структурных элементов-примесей. Проведено минералогическое картирование промышленных кварцевожильных и хрусталеносных полей, месторождений, установлена пространственная неоднородность качества кварцевого сырья, предложены минералогические критерии оценки. Разработан кристалломорфологический способ поисков месторождений пьезокварца. Показана изменчивость промышленно важных характеристик качества кварца в пределах жил, определено положение участков высококачественного сырья.

Основные защищаемые положения:

1. Региональное развитие различных типов гидротермально-ме-таморфогенного кварца, сопутствующих минеральных ассоциаций, в том числе рудных, выражается в минералогической зональности. Важнейшими являются поля мелкозернистого, крупно-гигантозернистого молочно-белого, прозрачного, гранулированного кварца, дымчатых, дымчато-цитриновых кристаллов, аметиста, положение которых контролируется рядом геологических факторов.

2. При последовательной смене различных генераций жильного кварца и горного хрусталя происходит изменение их конституции и свойств, связанное с условиями кристаллизации и наложением эпигенетических процессов. К числу основных тенденций, наряду с изме-

- /о-

нением текстуры и структуры агрегатов, формы и анатомии индивидов, относятся возрастание содержания структурных элементов-примесей в ходе кристаллизации кварца и понижение их содержания как при грануляции, так и при развитии хрупких и пластических деформаций.

3. Формирование жильного кварца происходило на различных этапах активизации эндогенных процессов при доминирующей роли регионального метаморфизма, в условиях понижения температуры, щелочности, пересыщения растворов кремнеземом, при неоднократном проявлении актов растворения, переотложения, перекристаллизации, катаклаза. Периодическое возобновление гидротермально-метаморфо-генной деятельности сопровождалось метасоматозом, наложением рудной минерализации на разновозрастные кварцевые жилы.

4. Вариации качества жильного кварца в пределах регионов, полей, месторождений, жил, гнезд носят закономерный характер. К конституционно наиболее чистым разностям относятся прозрачный кварц нехрусталеносных жил, первично мелкозернистый и гранулированный кварц. При наложении на жилы хрусталеносных гнезд наряду с повышением прозрачности кварца возрастает неоднородность распределения в нем элементов-примесей, в том числе структурных.

Реализация результатов исследований, апробация работы, публикации. Результаты исследований использовались в ходе поисковых и разведочных работ, проводившихся специализированными производственными экспедициями СПО Северкварцсамоцветы. В настоящее время в рамках государственного проекта, выполняющимся Кожимским РДП, ведутся исследования по переоценке кварцевой минерально-сырьевой базы западного склона Приполярного Урала.

Результаты исследований представлялись и докладывались на

съездах Международной минералогической ассоциации в Болгарии (Варна, 1982), Китае (Пекин, 1990), Италии (Пиза, 1994), на международных совещаниях "Минералогия и жизнь" (Сыктывкар, 1996), "Структура и эволюция минерального мира" (Сыктывкар, 199?), на Всесоюзных минералогических семинарах (Сыктывкар, 1980, 1985, 1991; Миасс, "1983 и др.), на Всесоюзном совещании "Минералогия кварца" (Сыктывкар, 1992), на региональных геологических конференциях (Сыктывкар, 1982, 1988, 1993), на Всесоюзном совещании "Повышение эффективности научно-исследовательских и геолого-разведочных работ по обеспечению промышленности особочистым кварцевым сырьем" (Александров, 1990), на научно-практической конференции "Особочистое кварцевое сырье. Проблемы сырьевых ресурсов и технологий его промышленного освоения" (Москва, 199?), на заседаниях научно-технических советов СПО Северкварцсамоцветы и Кожимс-кой ГРЭ, других совещаниях и семинарах.

Основные положения диссертации изложены в двух монографиях, четырех брошюрах-препринтах, 65 статьях и тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 10 глав, заключения и списка литературы. Объем работы 526 стр., из них 300 стр. текста, 130 иллюстраций, 60 таблиц. Список литературы включает 283 названий.

Автор глубоко благодарен руководству Института геологии Коми научного центра, научному руководителю академику Н.П.Юшкину за постоян�