Уфалейский кварцево-жильный район

Савичев, Александр Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Уфалейский кварцево-жильный район
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Уфалейский кварцево-жильный район"

Направахрукописи

Савичев Александр Николаевич

УФАЛЕЙСКИЙ КВАРЦЕВО-ЖИЛЬНЫЙ РАЙОН

(закономерности размещения кварца различных генетических типов, минералого-технологическое картирование и прогноз)

Специальность 25 00 11 - «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2005

Работа выполнена в Уральском государственном горном университете

Научные руководители наук, профессор

Официальные оппоненты доктор геологочиимриоплескис наук .профессор Сазонов Владимир Николаевич

Ведущее предприятие-ОАО «Чевябинскгеолопн»

Зашита диссертации состоится 19 мая 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 280 01 при Уральском государственном горном университете, по адресу 620144, Екатеринбург, Куйбышева 30, УГГУ Факс (343)251-46-95 E-mail saence@usmga.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного горного университета

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор гешгого-минералогяческих шук, доцент Огородников Виталий Николаевич

кандидат геолого-минералогическихнаук Бурлаков Евгений Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Уфалейский кварцево-жильный район, пространственно совпадающий с Уфалейским гнейсово-мигматитовым комплексом, уникален по своему геологическому строению, масштабам развития кварцево-жильной минерализации и ее качеству. Кварц из месторождений Кыштымского кварцево-жильного поля более 40 лет используется для плавки прозрачного кварцевого стекла, применяемого, главным образом, в электронной и полупроводниковой промышленности. Кыштымское месторождение гранулированного кварца является наиболее крупным по запасам особо чистого кварца в Российской Федерации.

Особо чистый кварц (ОЧК) - природное кварцевое сырье, генетические особенности которого позволяют получать из него товарный продукт - природный кристаллический диоксид кремния, пригодный по своим параметрам для получения материалов, использующих его специальные свойства.

Повышение требований перерабатывающей промышленности к качеству поставляемого сырья привело к необходимости формационного членения кварцево-жильных образований, имеющих различные схемы обогащения. В связи с этим появилась необходимость в проведении минералого-технологического картирования кварцево-жильных образований как метода рационального использования кварцевого сырья при добыче и прогнозировании его обогатимости, основанных на генетических особенностях кварцевой минерализации. Идеальным объектом для решения поставленной задачи является Уфалейский кварцево-жильный район и Кыштымское месторождение особо чистого гранулированного кварца.

Целью диссертационной работы являются изучение и выделение в пределах месторождения различных формационных (субформационных) типов кварцево-жильной минерализации, основанных на генетических особенностях выделенных генотипов, закономерностей размещения и условий образования в структурах уфалейского блока

Разработка методики оценки обогатимости кварца разных генетических типов на основе анализа результатов исследований кварцевого сырья.

Составление карт прогноза обогатимости (технологических свойств) кварцевого сырья на основе минералого-петрографических особенностей выделенных генетических типов.

Фактический материал собран автором в период работы в партии №3 Центрально-Уральской экспедиции ПО «Уралкварцсамоцветы» (ныне ФГУГПП «Кыштымкварцсамоцветы») и ОАО «Кыштымский ГОК» в период с 1984 г. по настоящее время. В процессе проведения геологоразведочных работ различных стадий в пределах Уфалейского кварцево-жильного района за этот период было детально изучено 4 месторождения гранулированного кварца. Особый вклад в накопление фактического материала внесли геологические наблюдения при ведении добычных работ на многочисленных жилах в пределах собственно Кыштымского и Кузнечихинского месторождений гранулированного кварца. В физическом выражении автором был выполнен следующий объем работ: описано более 15000 м3 открытых горных выработок, задокументировано 1700 пог. м подземных горных выработок, описано и просмотрено около 50 тыс. пог. м керна скважин, при проведении геологических маршрутов проводилась документация обнажений, опробовано значительное количество горных выработок, вскрывающих кварцево-жильные тела.

проб кварца, которые включали в себя следующий комплекс исследований: определение коэффициента светопропускания, количественный минералогический анализ кварцевой крупки, количественный химико-спектральный или прямой спектральный анализы кварца на 11 элементов примесей.

При прогнозе минералого-петрографических типов использовалась методика оценки обогатимости кварцевого сырья, разработанная в ЦКЛ Кыштымского ГОКа.

Научная новизна.

1. В пределах Уфалейского кварцево-жильного района выделено две формации и семь субформаций кварцево-жильной минерализации, локализующихся в конкретных структурно-вещественных парагенезах, занимающих в одноименном гнейсово-мигматитовом блоке строго определенную структурную и пространственную позицию. В качестве одной из формаций впервые выделена формация вторично-зернистого, особо чистого гранулированного кварца как представителя кварцевых метатектонитов. Дана их полная характеристика, разработана морфологическая типизация, и показано их место в структурно-метаморфических преобразованиях уфалейского блока.

2. Выделенные в пределах Кыштымского месторождения субформации особо чистого гранулированного кварца охарактеризованы как минералого-технологические (генетические) типы кварцево-жильных образований. В гранулированном кварце изучены структуры, имеющие свои характерные особенности, выделено несколько генераций кварцевых зерен. Это позволяет использовать кварцевые генерации в качестве элементов минералого-технологического картирования. Генерации кварцевых зерен отражают полихронный процесс развития кварцевых метатектонитов. Дан прогноз их обогатимости, проведено минералого-технологическое картирование месторождения.

3. Разработан метод совокупной оценки генераций (СОГ) кварцевых зерен как метод рациональной типизации кварцевых тел при минералого-технологическом картировании месторождений особо чистого гранулированного кварца. Приведены примеры использования метода совокупной оценки генераций на разных уровнях изучения гранулированного кварца и дано сопоставление результатов использования этого метода с традиционными методами оценки качества кварцевого сырья.

Практическая значимость работы.

1. Использование методов совокупной оценки (СОГ) на ранних стадиях геологоразведочных работ для решения геологических и технологических задач, связанных с качественными параметрами кварцевого сырья.

2. Использование прогноза качества кварцево-жильного сырья различных генетических типов как результат минералого-технологического картирования для целей селективной отработки особо чистого кварца.

3. Выделенные генетические типы кварцево-жильной минерализации были использованы при прогнозной оценке Уфалейского гнейсово-мигматитового блока на особо чистое кварцевое сырье в составе работ по прогнозной оценке, выполненных ВНИИСИМСом по России.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на совещаниях «Минералогия месторождений Урала» (Миасс, 1990), «Минералогия кварца» (Сыктывкар, 1992), «Металлогения и геодинамика Урала» (Екатеринбург, 2000), «Металлогения древних и современных океанов - 2000» (Миасс, 2000), «Металлогения Урала - 2003» (Миасс, 2003).

По материалам диссертации опубликовано 14 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из трех глав, полностью раскрывающих защищаемые положения, введения и заключения и содержит 107 стр. текста, 8 таблиц, 69 рисунков и фотографий. Список литературы включает 136 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Целенаправленные и планомерные специализированные работы на жильный кварц, как сырье для производства прозрачного кварцевого стекла взамен дефицитного и дорогостоящего горного хрусталя, стали проводиться в регионе с конца 50-х годов, первоначально на прозрачный, а в дальнейшем на гранулированный и молочно-белый кварц. На начальном этапе эти работы были сосредоточены на Уфалейском метаморфическом комплексе, который до настоящего времени является основной сырьевой базой для получения особо чистых кварцевых концентратов. В дальнейшем аналогичные работы были проведены и на других метаморфических комплексах Урала.

Первое защищаемое положение

Основными структурами, локализующими кварцево-жильные поля и месторождения особо чистого гранулированного кварца в пределах Уфалейского кварцево-жильногорайона, являются: высокотемпературные и высокобарические зоны влияния шовныхзон, обрамляющиеметаморфическийУфалейский гнейсово-мигматитовый блок и оперяющие шовные зоны сдвиго-взбросы, где во время коллизий формируютсяразновозрастныекварцево-жильныетела.

Уфалейский гнейсово-мигматитовый комплекс до последнего времени рассматривался как куполообразный блок докембрийского фундамента ВосточноЕвропейской платформы, выведенный с глубоких горизонтов в результате метаморфических и тектонических преобразований в породы палеозойского чехла. Вертикальное диапироидное перемещение пластических блоков ядра, прогретых до температуры, достаточной для реоморфизма и анатексиса, выполнявших роль «рабочего тела», аккумулирующего и переносящего энергию на относительно высокие структурные уровни пород обрамления, создавало условия для метаморфических и метасоматических преобразований и рудообразования (Кейльман, 1974). В настоящее время формирование Уфалейского метаморфического комплекса рассматривается по-иному.

Уфалейский метаморфический комплекс представляет собой гигантский мегамеланж, где аллохтонные блоки мегабудин, как обломки докембрийского фундамента ВосточноЕвропейской платформы, находятся в обрамлении высокобарических шовных зон смятия, которые процессами коллизии вместе с интенсивно деформированными блоками в виде пластин осгроводужных образований палеозойского палеоокеана перемещены в западном направлении. В этой связи целесообразно выделить в пределах Уфалейского метаморфического комплекса и обрамляющих его шовных зонах структурно-вещественные комплексы, имеющие определенную тектоническую позицию и генетическую природу: гнейсоео-амфиболитоеый комплекс основания протерозойского возраста; эклогит-бластомилонитовый комплекс обрамляющих шовных зон рифейского возраста;

метаосадочный комплекс обрамления раннепалеозойского возраста; колчеданоносный вулканогенно-осадочный комплекс палеозойского возраста.

Породы, слагающие собственно Уфалейский гнейсово-амфиболитовый комплекс отличаются исключительным однообразием. Доминирующая роль здесь принадлежит гнейсовидным плагиоклазовым амфиболитам и их метаморфическим производным, подчиненное значение имеют слюдяные гнейсы и гранито-гнейсы. Эта

совокупность пород получила название уфалейской свиты и имеет нижнепротерозойский возраст (Кейльман, 1974).

Уфалейский гнейсово-амфиболитовый комплекс обрамляется на западе и востоке породами, образовавшимися в условиях высокобарического дислокационного метаморфизма в шовных зонах смятия, наиболее крупной из которых является шовная зона Главного уральского разлома (ГУР). Породы этой зоны ранее описывались под названием свиты «М», как толщи древних кристаллических сланцев докембрия (Мамаев, 1958, 1963), затем картировались как отложения куртинской свиты раннепалеозойского (Кейльман, 1974; Мельников, 1972), позднее - рифейского (Парфенов и др., 1978; Серавкин и др., 2001) возраста. Детальное изучение разрезов и вещественного состава пород восточного обрамления позволило рассматривать их как эклогит-сланцевую, эклогит-бластомилонитовую часть Уфалейского комплекса рифейского возраста (Белковский, 1989; Сазонов и др., 2003).

С эклогит-бластомилонитовым комплексом связано образование месторождений и проявлений титаномагнетита, мусковитовых пегматитов, рутила, кианита, железистых и метасоматических кварцитов, жил особо чистого гранулированного, молочно-белого и стекловидного кварца.

В северном обрамлении Уфалейского комплекса встречены фаунистически охарактеризованные терригенные толщи (метаосадочный комплекс) нижнего ордовика, с которых в этой структурно-фациальной зоне начинается разрез палеозоя.

В Маук-Карабашском сегменте, в зоне перехода Тагильской мегазоны Уральского палеоокеана в Магнитогорскую, картируются океанические и островодужные комплексы, которые, попав в зону влияния ГУРа, сильно деформированы и разбиты серией взбросо-сдвигов и надвигов на отдельные пластины-блоки во время коллизии. Здесь вся зеленокаменная полоса структур палеоокеана сжата до 7-8 км.

Ранние океанические образования в этой зоне представлены офиолитовыми ассоциациями в виде альпинотипных гипербазитов Сугомакского, Карабашского, Таловского, Маукского и Уфалейского массивов, с которыми ассоциируют вулканиты недифференцированной базальтовой формации поляковской свиты. С этими вулканитами связано медно-колчеданное оруденение кипрского типа (Маукское месторождение).

Отложения карамалыташской свиты сопровождаются Карабашским комплексом субвулканических интрузий, представленных штоками, силлами и дайками базальтов, диабазов, габбро-диабазов, андезибазальтов, дацитов, риолитов, риодацитов и плагиогранит-порфиров. К этим отложениям приурочено колчеданное медно-цинковое оруденение уральского типа (Карабашская группа месторождений).

Отложения улутауской свиты сопровождаются Светлоозерским комплексом субвулканических интрузий, которые представлены штоками, силлами и дайками крупнопорфировых базальтов, диабазов, габбро-диабазов, андезибазальтов, андезитов, трахидацитов, дацитов, риолитов и гранит-порфиров. К отложениям этой свиты приурочено колчеданно-полиметаллическое оруденение баймакского типа, золотополиметаллическое оруденение (Кузнечихинская группа месторождений) и кварцево-жильная минерализация молочно-белого и стекловидного кварца (Пугачевское месторождение).

На начальном этапе ГУР представлял собой рифтовый разлом растяжения, а в среднем палеозое он уже являлся зоной субдукции, падающей на восток и поглощавшей кору раннепалеозойского океана (Иванов, 1998; Серавкин, 2001). По нашему мнению, зона влияния Главного уральского разлома (шовная зона), включает в себя кроме зоны серпентинитового меланжа вдоль границы Центрально-Уральской и

Тагило-Магнитогорской мегазон, зону дислокационного метаморфизма, сложенную эклогит-сланцево-мигматитовым (Белковский 1979, 1989) или высокобарическим восточноуфалейским комплексом (Иванов, 1998; Пучков, 2000) докембрийских пород уфалейской свиты и рифейских пород курганской свиты, представляющей собой мощную зону смятия и дислокационного метаморфизма, а также включает зону интенсивно дислоцированных и метаморфизованных офиолитов и вулканогенных пород Тагило-Магнитогорской мегазоны, трассируемой телами ультрабазитов Таловского, Сугомакского, Карабашского, Маукского и Уфалейского массивов.

Таким образом, Уфалейский метаморфический комплекс представляет собой гигантский мегамеланж, где аллохтонные блоки мегабудин, как обломки докембрийского фундамента Восточно-Европейской платформы находятся в обрамлении шовных зон смятия. Эти мегабудины процессами коллизии вместе с интенсивно деформированными блоками островодужных образований палеозойского палеокеана перемещены в западном направлении и надвинуты на платформенные структуры.

Шовные зоны играют большую роль в структуре земной коры. Неоспоримое, прикладное значение имеют разломы в контроле размещения рудных полей, отдельных месторождений, рудных тел. В формировании и размещении магматических и рудных образований (комплексов) в континентальной коре большую роль играют взбросо-надвиговые и сдвиговые геодинамические режимы. Поэтому установленные шовные зоны различных рангов можно рассматривать как рудоносные структуры, развитие которых определило основные закономерности формирования и пространственного размещения рудных районов, полей и месторождений.

Важная роль взбросо-надвигового и сдвигового геодинамического режима в высвобождении глубинного вещества в форме различного состава магм и различных (рудных и нерудных) минеральных ассоциаций позволяет линейные области влияния шовных зон рассматривать какмагмо-металлогенические зоны.

Формирование любой региональной разрывной структуры сопровождается, как известно, возникновением в зоне ее влияния значительного числа сопутствующих (оперяющих) разрывов, а часто и различного рода пликативных структур.

Большое прикладное значение имеет ширина зон динамического влияния разломов, пропорциональная их длине, а также амплитуда смещения (Шерман и др.,1994).

Шовные зоны смятия представляют собой серию флюидо- и тепло-флюидо проводников с широко проявленными процессами дислокационного метаморфизма и магматизма на глубине, где происходит формирование фильтрующейся колонны со сложным по физической природе режимом стягивания рассеянных газов и жидкостей в более или менее концентрированный поток «стволовой зоны» (Поспелов, 1963), где образуется основная масса гидротермальных месторождений.

Шовные зоны смятия являются наиболее энергонасыщенными участками земной коры. Сочетание таких факторов, как тектонический стресс и механическое тепло, выделяемое при движении по разломам, объясняет многие закономерности их геологического строения и термодинамического режима: повышенные значения теплового потока, приразломную метаморфическую зональность с возрастанием степени метаморфизма пород по мере приближения к осевой части разлома, наличие хлоритоидных и глаукофановых сланцев в верхних и удаленных от центра горизонтах, закономерный переход с глубиной к дистенсодержащим, более высокотемпературным фациям повышенных давлений (Паталаха и др., 1976; Огородников, 1993; Огородников и др., 2004).

Главный уральский разлом (ГУР) представляет собой одну из крупнейших сутурных зон Урала и прослеживается на расстояние около 2500 км. Для этой зоны характерно проявление процессов дислокационного метаморфизма, образование милонитов, катаклазитов, бластомилонитов. По сейсмическим данным (Соколов, 1987), поверхность разлома падает на восток под углом 35-55°.

Исходя из определения шовной зоны (зоны смятия) не только как границы между блоками земной коры, но и как специфического геологического тела с определенным стилем структурно-вещественной организации, понятие отождествляется с объемом земной коры, имеющим аномальное строение, возникшее в результате линейной деструкции коры (Лобацкая, 1987).

Размеры шовной зоны определяются шириной динамического влияния, в .пределах которой горные породы, кроме тектонического дробления, подвергаются процессам дислокационного метаморфизма с образованием парагенезисов высокобарических минералов (глаукофан, пироп, омфацит, дистен, хлоритоид, ставролит, фенгит и другие).

Сдвиговым и надвиговым дислокациям сопутствуют повышенные термодинамические потенциалы, что обеспечивает пластическое течение пород в нижних и средних горизонтах земной коры, а также метаморфизм и анатексис пород за счет вязкого разогрева среды.

Геологические и радиологические данные свидетельствуют о том, что в породах Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса проявилось три этапа метаморфических преобразований, в то время как в палеоокеанической Маук-Карабашской зоне только два (Сазонов и др., 2003). Возрастные данные более I млрд лет, по-видимому, свидетельствуют о возрасте метаморфического преобразования рифтогенных структур фундамента платформы в среднем рифее.

Время полного разрыва континентальной коры и заложение океанической коры - 480 млн лет (Иванов, 1988, 1998). В раннем палеозое шло развитие структур палеоокеана с формированием вулканогенных структур, накоплением вулканогенно-осадочных пород и связанных с ними колчеданных месторождений, обусловивших появление возрастного пика 430 млн лет. Пик 370 млн лет характеризует время развития островных дуг и «мягкой», ранней коллизии (дуга-континент), а пик 310 млн лет обусловлен структурной перестройкой во время «жесткой», поздней коллизии (Пучков, 2000; Сазонов и др., 2001,2003).

Докембрийский метаморфизм завершался процессами ультраметаморфизма с образованием порфировидных биотитовых гнейсо-гранитов и различных мигматитов натро-калиевой направленности и процессами интенсивной метаморфической дифференциации, перекристаллизации. В ряде случаев картируются полого залегающие небольшие магматические тела биотитовых, анортоклазовых гнейсо-гранитов и пегматитов с редкоземельной (иттроэпидот) минерализацией. Возраст гранитоидов и иттроэпидота из пегматитов 925-1210 млн лет (Минеев, 1959; Овчинников, 1963). Рифейские гранитоиды смяты в пологие складки при последующих коллизиях, пегматиты разбудинированы, в крупнокристаллических, деформированных анортоклазах отчетливо наблюдается «лунная» ирризация.

Синклинорные зоны были заложены в докембрии вдоль зон глубинных разломов, вдоль которых наблюдаются зоны прокварцевания, по-видимому, поздневендского возраста, с образованием протяженных (несколько километров) толщ метасоматических кварцитов, мощностью до 50-70 м («Беркутинские и Серебровские кварцитовые ломки»), В кварцитах отчетливо наблюдается структура «сотового» кварца, свидетельствующая о -переходе кварца при последующем коллизионном метаморфизме.

Полный разрыв континентальной коры в ордовике и образование палеоокеанического бассейна знаменуют новый этап в развитии Уфалейско-Карабашского метаморфического комплекса. Сохраняющиеся условия общего тектонического растяжения, аномально высокий тепловой поток в зоне спрединга и отсутствие нагрузок, создаваемых континентальной плитой, обусловливают формирование метаморфических формаций за счет различных частей разреза офиолитовой ассоциации. Метаморфизм вулканогенных и кремнисто-вулканогенных формаций верхней части разреза офиолитовой ассоциации характеризуется однородностью и ограниченным развитием деформаций. Наличие лишь вертикальной зональности в температурном интервале фации зеленых сланцев и признаков низкого давления при высокой плотности теплового потока в зоне спрединга может быть связано с интенсивным рассеянием тепла из-за отсутствия перекрывающих толщ (Иванов, Русин, 1986).

В позднем девоне началась коллизия пассивной окраины ВосточноЕвропейского континента и островной дуги по зоне субдукции, наклоненной на восток. Коллизия происходила по генеральной линии срыва, которая хорошо фиксируется на профилях УРСЕЙС-95 (Пучков, 2000). В результате этой коллизии Уфалейский гнейсово-амфиболитовый блок был сорван на нижних горизонтах и перемещен в верхние горизонты земной коры по таганайско-указарской шовной зоне смятия в' северо-западном направлении (рис.1).

Таганайско-Указарская шовная зона является своего рода «тепловым» резервуаром с температурами, возрастающими с глубиной и убывающими при удалении от разлома по латерали. Такое распределение температур вполне объясняет наблюдавшийся в Уфалейском комплексе «приразломный» зональный метаморфизм пород, а также повышенные значения теплового потока в зонах долгоживущих разломов. Особенностью термического режима наклонных разломов, в отличие от вертикальных, состоит в том, что максимум теплового потока смещен относительно выхода разлома на дневную поверхность (Паталаха и др., 1976), что хорошо видно на рис. 1.

Вследствие этого, метаморфическая зональность раннеколлизионного этапа имеет отчетливую линейно-купольную форму, обусловленную развитием Таганайско-Указарской шовной зоны со смещением теплового фокуса к востоку от нее. Главный уральский разлом и оперяющая его Серебрянско-Слюдяногорская шовная зона, заложенные еще в рифее, во время раннеколлизионных преобразований представляли собой зону разуплотнения с широким развитием процессов гранитизации, мигматитизации, многочисленных жил перекристаллизации, сложенных первично-зернистым кварцем, внедрения магматических масс тоналит-гранодиоритовой формации Серебровского комплекса, с формированием в надкровельном пространстве невскрытых массивов многочисленных тел редкометальных и слюдоносных пегматитов, сопровождаемых многочисленными метасоматическими кварцево-жильными телами замещения (см. рис. 1), а также большим количеством гидротермальных кварцево-жильных тел стекловидного кварца, с крупно-, гигантозернистой структурой, выполняющих трещины отрыва. Метасоматические кварцево-жильные тела замещения (кварциты) сложены преимущественно серым тонкозернистым (сахаровидным) кварцем, характеризующимся гранобластовой, зубчатой структурой и слабо выраженной сланцеватой текстурой.

Восточная часть зоны влияния Главного уральского разлома (ГУР) в это время представляла собой интенсивно деформированную зону палеоокеанической коры с остатками пород зоны спрединга, в которую внедрялись магматические тела ультрамафитов и габброидов Таловского комплекса Теплопоток в Карабашской

островодужной зоне продолжал рассеиваться, не создавая хорошо выраженной метаморфической зональности. Уровень метаморфизма в этой зоне не превышал зеленосланцевой фации.

ез« [ид* & & Ш7 ш*

fnüi з EB« И* ЕЕ

Рис. 1. Широтный геологический разрез Уфалейско-Карабашского коллизионного блока (составлен с использованием материалов Г. А. Кейльмана,1974; И. Б. Серавкина, 2000; В.Н.Огородникова и др., 2004):

1 - отложения поляковской свиты (S i pol); 2 - отложения иревдыкской свиты (D i ir);; 3 -отложения карамалыташской свиты (Огкпп]; 4 - известняки и доломиты; 5 - отложения курганской свиты (Ягкг); 6 - сложно дислоцированные отложения указарской свиты; 7 - амфиболиты, амфиболовые и биотитовые гнейсы; 8 - гранито-гнейсы и зоны мигматизации (а), пегматиты и стекловидные кварцевые жилы (б); 9 - пироксениты и апогаббровые амфиболиты; 10 - серпентиниты по ультрабазитам и габбро; 11 -плагиограниты тоналит-гранодиоритовой формации; 12 - Таганайско-Указарская шовная зона смятия; 13 - зоны основных надвигов; 14 - шовная зона Главного уральского разлома, представленная зоной милонитов и серпентиновым меланжем; 15 -направление теплового потока вдоль шовной зоны во время ранней коллизии и граница распространения минеральных парагенезисов амфиболитовой фации

Для древнего Уфалейского гнейсово-амфиболитового блока высокобарическая метаморфическая зональность раннеколлизионного этапа достигает уровня высокотемпературной амфиболитовой фации, а для отложений рифея и нижнего палеозоя - эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой, быстро угасая в вулканогенно-осадочных породах (см. рис. 1).

Усложнение в метаморфическую зональность внесла позднепалеозойская «жесткая» коллизия, основная роль в которой была отведена Главному уральскому разлому. Сдвижения континентов в это время привели к почти полному поглощению палеоокеанических структур, и основной теплопоток устремился в шовную зону смятия ГУР, сформировав вдоль него высокотемпературное, до уровня амфиболитовой фации,

высокобарическое эклогит-сланцевое обрамление Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса и метаморфизовав интенсивно дислоцированные толщи Маук-Карабашской зоны на уровне эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций (Сазонов и др., 2003).

Высокобарический эклогит-сланцевый комплекс зоны влияния ГУР формируется во время поздней коллизии, захватывая Серебрянско-Слюдяногорской шовной зоной амфиболиты и гнейсы уфалейской свиты, а также породы рифейского блока курганской свиты и западной части Карабашского блока.

Сама зона ГУР трассируется мощной дислоцированной толщей с серпентинитовым меланжем, зоной милонитов, бластомилонитов и реликтовыми блоками палеоокеанических сооружений.

В восточном обрамлении Уфалейского метаморфического комплекса в зоне влияния ГУР и оперяющего Серебрянского взбросо-сдвига в ходе поздней коллизии породы обрамления испытали высокотемпературный региональный метаморфизм высокобарической дистен-силлиманитовой фациальной серии, с образованием гранат-слюдяно-кварцевых бластомилонитов, среди которых широко развиты продукты кислотного выщелачивания: кианит-мусковит-кварцевые сланцы и различные кварциты (нередко с кианитом и хлоритоидом), а также встречаются метаморфизованные тела эклогитоподобных пород и гранатовых амфиболитов.

В обрамлении и значительно меньше в центральной части Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса картируются кварцево-жильные тела мелкозернистого, неоднородно гранулированного кварца (рис. 2). Грануляция этого типа развивается путем перекристаллизации по первично метаморфогенно-метасоматическим кварцево-жильным телам, сложенным прозрачным грануломорфным кварцем, жилам перекристаллизации, образованным в раннеколлизионный этап метаморфизма (слюдяногорский тип), по метасоматическим кварцево-жильным телам замещения (кварцитам) раннеколлизионного этапа (уфалейский тип), к которым относятся и кварцево-жильные тела центральных зон мусковитовых пегматитов, в зальбандах которых развит метасоматический мусковит-кварцевый замещающий комплекс.

Картирование неоднородно гранулированных кварцевых жил «уфалейского» типа показало их приуроченность к Таганайско-Указарской и Серебрянско-Слюдяногорской высокобарическим шовным зонам смятия в породах, метаморфизованных до уровня эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций.

Во время поздней коллизии, когда метаморфизм достигал уровня эпидот-амфиболитовой фации на Пугачевском и амфиболитовой - на Кыштымском месторождениях, вдоль шовной зоны ГУР, в оперяющих трещинах отрыва шло образование кварцево-жильных тел выполнения, сложенных гигантозернистым, стекловидным, дымчатым, химически чистым кварцем (пугачевский тип), которые образуют как единичные кварцевые тела, так и кварцево-жильные зоны, состоящие из серии пространственно сближенных крупных жильных тел.

Кварцевые жилы молочно-белого и стекловидного кварца, сформированные в раннеколлизионный этап, претерпевают во время высокотемпературного дислокационного метаморфизма отжиг, при котором кварц подвергается -переходу, с формированием усадочных трещин, а затем рекристаллизацию с образованием зерен однородного гранулированного кварца (кыштымский тип), представляющих полигональный рисунок с ровными границами зерен кварца. Наложение на них последующих гидротермально-метасоматических преобразований формирует особо

Рис. 2. Пространственное распределение основных генетических типов кварцево-жильных тел в пределах Уфалейского кварцево-жильного района. По (Мельников, 1988, с изменениями автора)

1 - апогаббровые амфиболиты; 2 - плагиограниты тоналит-гранодиоритовой формации и граниты нормальной формации; 3 - поля жил перекристаллизации (слюдяногорский тип); 4 - поля неоднородно гранулированного, тонко-, мелкозернистого кварца (уфалейский и егустинский типы); 5 - поля однородно гранулированного, средне-, крупнозернистого кварца (кыштымский тип), 6 -поля первично кристаллизованного молочно-белого (карояновский тип) и стекловидного (пугачевский тип) кварца; 7 - Главный уральский разлом (1); 8 -тектонические нарушения типа сбросов и взбросо-сдвигов: Серебрянский (2), Блаштинский (3), Указарский-Уфимский (4); 9 - стратиграфическое несогласие

чистый агрегат кварца тонко-мелкозернистой структуры (егустинский тип), имеющий извилистые границы зерен.

Наиболее представительным месторождением гранулированного кварца этого типа является Кыштымское, расположенное в зоне влияния ГУР. Интересно, что основные кварцево-жильные месторождения и проявления Маукское, Кузнечихинское, Пугачевское, Слюдяногорское, Кыштымское, Агордяшское, локализованные также в зоне влияния ГУР, совпадают пространственно и, по-видимому, генетически с золотополиметаллическими проявлениями.

Второе защищаемое положение

На основе изучения закономерностей пространственного размещения и онтогении кварцево-жильных тел выделены формация первично-зернистого кварца и формация вторично-зернистого, особо чистого гранулированного кварца (метатектонитов). В первой выделено три субформации (генотипа), во второй -четыре, каждые из которых обладаютразличнымиминералого-технологическими характеристиками.

Изучение закономерностей пространственного распределения и онтогении кварцево-жильных тел, располагающихся в пределах Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса и обрамляющего его метаморфизованного вулканогенно-осадочного комплекса, позволило выделить среди них несколько групп, которые можно рассматривать как самостоятельные кварцево-жильные формации и субформации, которые имеют свой механизм формирования и занимают определенную геологическую позицию:

• формация первично-зернистого кварца:

субформация кварцевых прожилков и мелких жил метаморфической дифференциации (непромышленный тип);

субформация метасоматических кварцевых тел замещения, кварцитов (серебровский тип);

субформация первично-кристаллизованного кварца жил выполнения (карояновский и пугачевский типы);

• формация вторично-зернистого гранулированного кварца (метатектонитов):

субформация жил перекристаллизации по прожилкам и мелким жилам метаморфической дифференциации (метатектонит слюдяногорского типа);

субформация тонко-среднезернистого, неоднородно гранулированного кварца по кварцево-жильным телам замещения (метатектонит уфалейского типа);

субформация средне-крупнозернистого, однородно гранулированного кварца по жилам выполнения (метатектонит кыштымского типа), субформация тонко-мелкозернистого метасоматического кварца по жилам однородно гранулированного кварца (метатектонит егустинского типа)

Важнейшими геологическими факторами, определяющими генетический тип месторождений и многие технологические свойства кварца, являются температура и давление мияералообразующего процесса, которые находятся в относительном соответствии с температурой и давлением предшествующего метаморфизма жиловмещающих пород (Кейльман, Огородников, 1985; Огородников, 1993, Страшненко, 1978, 2002). Повышение температуры кристаллизации способствует, а рост давления, наоборот, препятствует вхождению алюминия и щелочей, как основных загрязняющих элементов-примесей, в решетку кварца. Эффект влияния температуры

кристаллизации на концентрацию структурных примесей в кварце на порядок превышает эффект влияния давления (Страшненко, 1988; Огородников, 1993).

Таким образом, в направлении к термальному фокусу, с ростом фациального уровня метаморфизма жиловмещающих пород и, соответственно, температуры гидротермальных растворов в кварце возрастает количество структурных примесей, в первую очередь алюминия, титана, германия, фосфора, щелочей. Компенсация отрицательного влияния на качество кварца повышенных температур его кристаллизации возможна лишь при условии аномального возрастания давления, реализующегося в локальных стрессовых шовных зонах (Страшненко, 2002).

Формация первично-зернистого кварца включает в себя три субформации: метаморфогенные кварцевые прожилки и мелкие жилы метаморфической дифференциации; кварцево-жильные тела метасоматических кварцевых тел замещения (кварцитов), образовавшихся в результате замещения горных пород кварцем на стадии кислотного выщелачивания; и гидротермальные кварцевые жилы выполнения, сложенные стекловидным и молочно-белым кварцем.

Субформация кварцевых прожилков и мелких жил метаморфической дифференциации формируется в результате перемещения вещества внутри метаморфических пород при метаморфизме, вдоль кристаллизационной сланцеватости, преимущественно под воздействием температуры, при участии поровых растворов. В породах, метаморфизованных в условиях амфиболитовой и эпидот-амфиболитовой фаций, в зонах пониженных давлений, формируется метаморфическая полосчатость, контрастно подчеркнутая мигматитами, кварц-полевошпатовыми и кварцевыми прожилками метаморфической дифференциации. Мощность таких прожилков обычно 2-3 см, редко больше. Такие прослои достаточно выдержаны по мощности на протяжении первых метров, а зоны кварцевых прослоев прослеживаются на расстоянии первых десятков метров.

Такие кварцевые прожилки метаморфической дифференциации небольшой мощности сложены прозрачным, грануломорфным, мелкозернистым высокотемпературным кварцем с высоким содержанием макро- и микропримесей, что не позволяет использовать их в промышленных целях.

Субформация метасоматических кварцевых тел замещения (метасоматических кварцитов). В Уфалейском коллизионном блоке закартированы разновозрастные метасоматические кварциты, образовавшиеся при кислотном выщелачивании пород различного состава и поэтому имеющие различный минеральный состав: монокварцевые, слюдяные, магнетитовые, кианитовые, графитистые, слюдяно-гранатовые и другие.

Наиболее древние из них образовались в рифтогенных тектонических зонах рифейского возраста, где наряду с древними биотитовыми гнейсо-гранитами, редкоземельными анортоклазовыми пегматитами, широкое развитие получили зоны разуплотнения и относительно высокотемпературного метасоматического прокварцевания, представленные телами кварцитов мощностью до 75 м в раздувах и протяженностью до нескольких километров («Беркутинские и Серебровские кварцитовые ломки»). Кварц в рассматриваемых телах представлен гранобластовым агрегатом прозрачных зерен, с извилистыми под микроскопом границами зерен, размером 0,1-1,0 мм. Данный кварцевый генотип содержит большое количество макро-и микропримесей, значительно ухудшающих качество кварцевого сырья. Рифейский возраст данных кварцитов доказывается наличием в них «сотовой» трещиноватости, формирующейся во время метаморфического отжига (а-В-переход), появлением раннеколлизионных секущих кварцевых жил молочно-белого кварца, смятых в складки вместе с кварцитами во время поздней коллизии. В случае вовлечения древних

кварцитов в последующие метаморфогенно-метасоматические преобразования в условиях высокого давления они гранулируются и повышают свое качество, понижая количество минеральных и структурных элементов-примесей.

Более молодые метасоматические кварциты образуются при раннеколлизионных и позднеколлизионных тектоно-магматических и метаморфических преобразованиях в породах уфалейской (протерозой) и курганской (рифей) свит, в зоне влияния Главного уральского разлома и оперяющих его шовных зон.

Процессы регионального метаморфизма и шлагиогранитизации завершаются во время ранней коллизии метасоматическими преобразованиями (кислотное выщелачивание), сопровождаемыми на начальных стадиях обособления плагиоклаза и кварца в виде секущих плагиоклазитовых тел и метасоматических кварцево-жильных тел замещения (серебровский тип). На зальбандах и реликтах внутри этих кварцево-жильных тел широко представлены макро- и микровключения (алюмосиликаты) -мусковит, плагиоклаз, кианит и другие минералы. Появление кварцево-жильных тел замещения в зонах тектонических нарушений, зонах высокого давления и относительно невысоких температур обусловливает небольшое содержание элементов-примесей, а наложение позднеколлизионных процессов снижает количество последних и делает пригодными эти жилы для промышленного освоения.

Субформация первично кристаллизованного кварца жил выполнения объединяет жилы, сложенные молочно-белым, реже стекловидным, замутненным, крупно-гигантозернистым кварцем, сформированным в раннеколлизионный этап (карояновский тип), и стекловидные кварцевые жилы, образованные во время поздней коллизии (пугачевский тип).

Кварцевые жилы данной субформации выполняют кулисообразные системы трещин отрыва, сформировавшиеся при сдвиго-взбросовых подвижках в зоне влияния шовной зоны ГУР. Кварцевые жилы в пределах месторождения концентрируются в отдельные зоны, которые представлены как одиночными телами, так и кулисообразными сериями. Размеры жильных зон достигают 100 м по простиранию и 20-30 м по падению при ширине зон 10 -15 м. Зоны характеризуются первичными структурами, обусловленными процессами роста индивидов в виде шестоватых агрегатов. Отдельные индивиды достигают в поперечнике 10-15 см при длине до 1 м. Исходный кварц пластически деформированный. По степени замутненности индивидов гигантозернистый кварц подразделяется на две разновидности - стекловидный и молочно-белый. Стекловидный кварц образуется в породах, метаморфизованных до уровня амфиболитовой и эпидот-амфиболитовой фаций. В породах зеленосланцевой фации размещаются жилы молочно-белого кварца.

Наибольший промышленный интерес вызывают кварцево-жильные тела, сложенные вторично-зернистым гранулированным кварцем.

Формация вторично-зернистого гранулированного кварца. Гранулированный кварц является вторичным по отношению к первичному кварцу, слагавшему кварцево-жильные тела на первоначальной стадии их образования. Кварцево-жильные объекты, называемые гранулированными кварцевыми жилами, таковыми не являются, так как они образуются по кварцево-жильным телам различного генезиса, претерпевшим затем региональный метаморфизм различного фациального уровня, гранитизацию, гидротермально-метасоматические преобразования, сопровождаемые мощными динамическими воздействиями (будинаж, смятие в складки, дробление, катаклаз, бластомилонитизацию и т. д.) в зоне влияния ГУР и других высокобарических шовных зон. Обособленные таким образом геологические кварцево-жильные тела целесообразно называть метатектонитами.

В Уфалейском гнейсово-мигматитовом комплексе нами выделяются четыре субформации метатектонитов гранулированного кварца.

Субформация жил перекристаллизации по прожилкам и мелким жилам метаморфической дифференциации (метатектонит слюдяногорского типа). Кварцево-жильные тела этого типа образовались по первичным кварцевым прожилкам и маломощным жилам метаморфической дифференциации, образовавшимся во время рифейского и раннеколлизионного этапов метаморфизма, испытавших во время ранней и поздней коллизий перекристаллизацию с укрупнением зерна под воздействием метаморфогенных поровых растворов. Собирательной перекристаллизации во время коллизий, с укрупнением индивидов (бластез), подвергаются все породообразующие минералы, но только кварц образует достаточно крупные кварцево-жильные тела.

Наложение процессов перекристаллизации на ранее сформированные кварцевые жилы формации грануломорфного, первично-зернистого кварца, при последующих этапах регионального метаморфизма уровня амфиболитовой фации, приводит к появлению достаточно мощных тел метатектонитов, сложенных прозрачным, средне-крупнозернистым кварцем с относительно невысоким содержанием минеральных и элементов-примесей, что делает их уже пригодными для промышленного освоения. Считаем целесообразным выделить самостоятельный слюдяногорский тип, а в качестве генотипа представить жилу 170, ранее относимую к кыштымскому типу.

Субформация тонко-среднезернистого,неоднородногранулированногокварца покварцево-жильным теламзамещения (метатектонитуфалейского типа). Этоттип гранулированного кварца является результатом процессов дислокационного метаморфизма и перекристаллизации, укрупнения кварцевых зерен до 2-5 мм, при метаморфизме кварцево-жильных тел замещения (серебровский тип) и последующего наложения на них процессов кислотного выщелачивания, с образованием вновь тонкомелкозернистых структур кварца, вследствие чего образуется неоднородно гранулированная, гетеробластовая структура кварца. Типовыми представителями метатектонитов уфалейского типа, сложенных таким кварцем, является уникальные по размерам и запасам кварцевое тело № 175 и кварцевые тела, локализованные среди мусковитовых пегматитов (жилы № 3, 4 слюдяногорского месторождения, «Беркутинская» и др.)

Большинство кварцево-жильных метатектонитов уфалейского типа пространственно сосредоточено в периферии гнейсово-амфиболитового блока (см. рис. 2). Кварцево-жильные образования этого генотипа представлены неоднородно гранулированным кварцем тонко-мелкозернистой структуры. Длина метатектонитов, как правило, составляет несколько метров, однако отдельные кварцевые тела достигают в длину сотни метров, при мощности 0,5-5 м и более. Кварцевое тело № 175 является уникальным, оно имеет размеры более 300 м по простиранию и свыше 200 м по падению, при мощности около 9 метров.

Метатектониты уфалейского типа сложены тонко-среднезернистым (0,5-2 мм) агрегатом зерен кварца гетеробластовой структуры. Наиболее характерной структурной особенностью данной разновидности кварца является неоднородное строение агрегата, сформированное под влиянием двух коллизий, выраженное в наличии нескольких групп гранул: тонко-мелкозернистых грануломорфных участков исходных индивидов метасоматических тел замещения, кварцитов, новообразованных метаморфогенных, средне- крупнозернистых гранул, являющихся результатом процессов перекристаллизации и новообразованных тонко-мелкозернистых гранул, являющихся продуктом наложенного процесса кислотного выщелачивания нового этапа метаморфогенно-метасоматических преобразований. В гранулированном кварце по метасоматическим кварцитам зерна чаще всего имеют неровные зубчатые границы, с

большим количеством выступов и углублений, многочисленными трещинками и заколами, идущими от границы внутрь гранулы, которые являются типичными для метасоматических кварцитов. При процессах перекристаллизации появляется уже более прямолинейный, полигональный рисунок границ зерен, типичный для грануломорфного, бластезного кварца.

Грануломорфный кварц этих жил обладает рядом свойств, положительно выделяющих его среди других субформаций гранулированного кварца. К таким свойствам относятся высокий коэффициент светопропускания, низкие значения потерь при прокаливании, отношения «влага-газ», что связано с незначительным содержанием в нем газово-жидких включений. Наложение на них метасоматических процессов приводит к появлению тонкозернистых структур особо чистого кварца.

Субформация средне-крупнозернистого однородногранулированного кварца по жилам выполнения (метатектониткыштымскоготипа).

Кварцево-жильные образования этого типа являются продуктом рекристаллизации первично-зернистого стекловидного и молочно-белого кварца жил выполнения, претерпевших высокотемпературный дислокационный метаморфизм в стадию поздней коллизии.

Метатектониты кыштымского типа отчетливо размещаются в зоне влияния ГУР. Пространственно и генетически они приурочены к зоне смятия ГУР и Серебрянского надвига, где в оперяющих сдвиговых зонах северо-восточного направления (см. рис. 2) ранее сформированные кварцевые жилы стекловидного и молочно-белого кварца активно подверглись грануляции во время поздней коллизии. Метатектониты кыштымского типа отличаются средними размерами, т к. локализуются в трещинах отрыва, реже скалывания, оперяющих зоны взбросо-сдвигов.

Однородный гранулированный кварц метатектонитов кыштымского типа представляет собой равномернозернистый агрегат прозрачных или слабозамутненных, четко индивидуализированных зерен. 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.

Размер гранул кварца в жильных телах зависит от температурного режима метаморфизма, поэтому наиболее крупнозернистые структуры гранулированного кварца фиксируются в зоне влияния ГУР, где уровень метаморфизма достигал амфиболитовой фации. По мере удаления от него к западу, к зоне Серебрянского надвига, где метаморфогенные преобразования были более низкотемпературными, гранулированный кварц обладает среднезернистой, часто фрагментарной, катакластической структурой

Основным процессом, приводящим к образованию кварца метатектонитов кыштымского типа, является рекристаллизация крупно-гигантозернистого кварца жил выполнения. В результате дислокационного метаморфизма, сопровождаемого высокими термическими воздействиями, происходит разукрупнение первичного зерна. По нашим наблюдениям, если температура рекристаллизации достигала уровня а - В-перехода, кварц приобретал все черты, характерные для гранулированного кварца кыштымского типа.

Субформация тонко-мелкозернистого метасоматического кварца по жилам гранулированного кварца (метатектонит егустинского типа) образуется путем наложения на метаморфогенные, гранулированные кварцевые жилы метасоматических

процессов кислотного выщелачивания, что приводит к их метасоматической перекристаллизации и образованию тонко-мелкозернистых структур кварца, с извилистыми, зазубренными границами зерен. Такое преобразование приводит к дополнительному очищению кварцевого агрегата и делает кварц особо чистым.

В зоне влияния ГУР наряду с гранулированным кварцем в трещинах отрыва образуются жилы выполнения первично-кристаллизованного, стекловидного и молочно-белого кварца (пугачевский тип), сформированные во время поздней коллизии. В вулканогенно-осадочных породах Маукско-Карабашской зоны локализованы жилы только формации первично-кристаллизованного кварца, причем жилы молочно-белого кварца преобладают.

Таким образом, в работе выделены две формации кварцево-жильных образований Уфалейского коллизионного блока. Первая подразделяется на три, а вторая на четыре субформации. В целом это дает возможность проследить динамику развития названных образований, то есть их первичный генезис (состояние первичной кварцевой субстанции) и сложную трансформацию «первичного» кварца в гранулированный метатектонит, обусловленную эволюцией РТ-параметров системы.

Третье защищаемое положение

Разработан метод совокупной оценки генераций (СОГ) кварцевых тел как метод рациональной типизации кварцевых тел при минералого-технологическом картировании месторождений особо чистого гранулированного кварца. Метод СОГ имеет значительное преимущество на всех стадиях изучения особо чистого гранулированного кварца в сравнении с традиционными методами оценки качества кварцевого сырья. Полученные результаты позволяют проводить селективную отработку последнего.

Достоверную информацию о количественном соотношении технологических типов кварца, их параметрах можно получить лишь в процессе минералого-технологического картирования месторождений. При этом изучение вещественного состава и структурных параметров технологических типов кварца является важнейшим и наиболее информативным этапом минералого- технологического картирования.

Кварцево-жильные тела Кыштымского и других месторождений являются полигенными и полихронными объектами, что предопределяет наличие нескольких генераций кварца, имеющих различный структурный облик.

Поскольку генерации кварца являются той основой, которая приводит к образованию структурного облика кварцевых метатектонитов, обусловленного метаморфогенно-метасоматическими преобразованиями, т. е. генетической природой, они выбраны в качестве элемента минералого-технологического картирования (табл. 1).

Генерации кварца, образовавшиеся во время ранней коллизии, встречаются в виде реликтов, замещаясь кварцево-жильными телами (генерациями), сформированными во время поздней коллизии. Поэтому картирование этих тел, опробование кварца показывает их неоднородность, что сказывается на технологии обогащения и последующего плавления. Каждая генерация характеризуется своими технологическими качествами и требует селективной отработки.

Каждая генерация сформирована в результате первичного формирования кварцевых жил, а также метаморфических или гидротермально-метасоматических преобразований, предопределяющих образование конкретных структур кварца, которые, в свою очередь, могут выступать в качестве характеристических свойств генераций. На этом основано минералого-технологическое картирование.

Основными параметрами, характеризующими качество природного кварцевого сырья, является его химическая чистота, минеральный состав и прозрачность кварца (светопропускание Т%). Общепринятыми методами для определения химического

состава кварца являются химико-спектральный и пламенно-фотометрический анализы, которыми определяется валовое содержание в кварце наиболее распространенных элементов-примесей - алюминия, железа, титана, кальция, магния, натрия, калия, лития, германия, меди, хрома, свинца, никеля и других.

Таблица 1

Генерации, генетические и минералого-технологические типы кварца Уфалейского кварцево-жильного района

Генерации кварца Генетические типы кварца Структуры кварца Минералого-технологические типы кварца (эталонные объекты)

Ранняя коллизия

Раннеколлизион-ный (реликтовый) Метаморфо генный Грануломорфная, с ровными границами -

Гидротермально-метасоматический Мелкозернистая, с извилистыми границами зерен Серебровский (жила сл-3, сл-4)

Гидротермальный Шестоватая, крупно- гигантозернистая Карояновский, (жила 35)

Поздняя коллизия

Перекристал-лизованныб Метаморфогенный Гетеробластовая, с ровными границами зерен Слюдхногорский (жила 170)

Метаморфогенио-метасоматический Гетеробластовая, с ровными и извилистыми границами зерен Уфалебский (жила 175)

Рекристал-лизованный Метаморфогенно-метасоматический Гранобластовая, с ровными границами зерен Кыштымский (жила 101)

Гндротермально-метасоматический Гранобластовая, с извилистыми границами зерен Егустинский (жила 414,191)

Первично-кристаллизованный Гидротермальный Шестоватая, крупно- гигантозернистая Пугачевский (жила 88, Щербаковская)

Содержание структурных (необогащаемых) примесей в кварце объективно отражает особенности его генезиса и может быть использовано в качестве критерия прогнозирования и оценки объектов, в особенности на ранних стадиях геологоразведочных работ. Для этой цели используются высокоточные методы ЭПР и ИК-спектроскопии, с помощью которых можно устанавливать содержание А1 -основной структурной примеси, составляющей около 80 % от всей суммы примесей (Физические свойства..., 1975; Природный кварц..., 1985; Серкова, 1990). ЭПР метод определяет содержание структурного А1, компенсированного (Н+), ИК-спектроскопия

характеризует содержание структурного А1, компенсированного ионами Н+ и №-1х Концентрация структурно связанного алюминия в кварце снижается с падением температуры и повышением давления в минералообразующей системе, что определяется относительным положением кварцево-жильного поля относительно удаленности от кровли гранитных массивов или положения относительно метаморфической зональности гнейсового блока, положения в зоне влияния крупных разломов, теплгофлюидопроводников (Огородников, 1993; Страшненко, 2002). Коэффициент светопропускания (Т %) отражает собой относительную величину количества газово-жидких включений, содержащихся в кварце. Использование методов ЭПР и ИК-спектроскопии дает возможность оценить предельную чистоту сырья, которую можно получить после удаления из него твердых минеральных примесей в результате глубокого обогащения.

Реликтовые генерации жильного кварца представлены жилами метаморфической дифференциации, метасоматическими телами замещения и гидротермальными жилами выполнения.

Жилы метаморфической дифференциации образуются в условиях высокотемпературной амфиболитовой фации метаморфизма, в зонах ультраметаморфизма, при относительно высоком давлении в гнейсово-амфиболитовом Уфалейском блоке. Поэтому эта субформация характеризуется высокой степенью прозрачности кварца (Т > 80%), низкими значениями потерь при прокаливании (< 1%), но при этом достаточно высокими содержаниями макро; и микропримесей, а также структурных элементов-примесей (А1 > 30-50 ррт), что делает их непригодными для использования в промышленности.

Активное развитие тектоники на завершающих этапах метаморфизма, при перемещении Уфалейского гнейсово-амфиболитового блока, создание мощных шовных зон (Указаро-Таганайской, Серебрянской, Слюдяногорско-Теплогорской, ГУР), сопровождалось гидротермальной деятельностью, широким развитием метасоматических процессов кислотного выщелачивания с образованием метасоматических кварцевых тел замещения (кварцитов). Минеральные парагенезисы метасоматитов свидетельствуют о температуре 450-550 °С и давлении 5-8 кбар, что обусловило относительно низкий уровень структурных примесей (15 - 35 ррт). Тела метасоматических кварцитов являются хорошей основой для последующего позднеколлизионного образования тел особо чистого кварца уфалейского типа.

В оперяющих крупные шовные зоны структурах (сдвигах) образуются трещины отрыва, вмещающие гидротермально-метасоматические жилы выполнения (пугачевский тип). Жилы, локализованные в породах, метаморфизованных на уровне амфиболитовой, эпидот-амфиболитовой фаций, сложены прозрачным, стекловидным кварцем, а жилы зон зеленосланцевой фации - молочно-белым кварцем. Несмотря на низкий показатель светопропускания (Т = 30-45 %), низкие температуры растворов и высокие значения флюидного давления в зоне влияния ГУР (6-8 кбар), здесь образуются кварцевые жилы выполнения с низкими содержаниями структурного алюминия (А1 = 14,0 - 21,1 ррт).

Раннеколлизионные кварцево-жильные тела являются основой для последующих позднеколлизионных образований, которые, накладываясь и перерабатывая реликтовые тела в условиях высокого флюидного давления в шовных зонах, формируют высококачественный кварц, который относится к разряду особо чистого (рис. 3).

Позднеколлизионные преобразования реликтовых кварцево-жильных тел начинаются с высокотемпературной перекристаллизации. Перекристаллизация -явление, происходящее при процессах метаморфизма, выражающееся в увеличении

Позднеколлизионные преобразования реликтовых кварцево-жильных тел начинаются с высокотемпературной перекристаллизации Перекристаллизация -явление, происходящее при процессах метаморфизма, выражающееся в увеличении размеров зерна (бластез минералов), в том числе и кварца, в преобразовании минералогического состава, текстуры и структуры породы без изменения ее химического состава Перекристаллизации способствуют высокое литостатическое давление, наряду со стрессовым, повышенная температура метаморфических реакций и поровых растворов

Рис 3 Содержание структурного алюминия в эталонных кварцево-жильных телах Уфалейского кварцево-жильного района 1 - валовое содержание алюминия по данным спектрохимического анализа, 2 -содержание структурного алюминия с компенсатором (Н+) по данным ИКС (Серкова, 1990), 3 - содержание структурного алюминия с компенсатором (№-11), по данным ИКС (Серкова, 1990)

Кварцевые жилы перекристаллизации (метатектонит слюдяногорского типа) характеризуются гетеробластовым, средне-крупнозернистым строением кварцевого агрегата, который претерпел высокотемпературный отжиг в условиях амфиболитовой фации (а - В-переход), образование трещин «сотового» кварца Высокие температуры и величины давления (6-10 кбар) при метаморфизме в шовных зонах образуют высокопрозрачный кварц (Т > 80%), содержание структурной примеси алюминия не превышает 20 ррт, причем преобладает структурный алюминий с натриево-литиевым компенсатором (см рис 3)

Метасоматические тела замещения (кварциты) также подвергаются перекристаллизации при метаморфизме с увеличением кварцевых зерен, аналогично собственно жилам перекристаллизации Последующие метасоматические процессы протекают при снижении температуры в условиях высокого флюидного давления,

1А

кварц образуется в условиях амфиболитовой фации в тектонических высокобарических шовных зонах. Грануляция кварца обусловлена наличием градиента температуры, избыточного тектонического давления и инициирована полиморфным а-В переходом с образованием системы усадочных трещин и последующей рекристаллизацией кварцевых зерен. Снижение температуры при метасоматических преобразованиях приводит к образованию кварцево-жильных тел (метатектониты уфалейского типа), которые характеризуются пониженным содержанием структурной примеси алюминия, в том числе и с натриево-литиевым компенсатором (см. рис. 3).

Раннеколлизионные кварцевые жилы стекловидного кварца (карояновский тип) подвергаются во время поздней коллизии высокотемпературному отжигу (а - В-переход) при метаморфизме уровня амфиболитовой фации с формированием усадочных трещин (сотовый кварц) и последующей рекристаллизацией и образованием однородногранулированного кварца (метатектонит кыштымского типа), характеризующегося содержанием валового алюминия 30-40 ррт, а структурной примеси алюминия в пределах 10-20 ррт (см. рис. 3). Наложение метасоматических процессов на кварцевые жилы кыштымского типа приводит к образованию более тонкозернистых структур метасоматического, высокопрозрачного кварца (метатектонит егустинского типа), характеризующегося более низким содержанием как валового (15-35 ррт), так и структурного алюминия (менее 10 ррт). Таким образом, образование особо чистого кварца обусловлено воздействием высокотемпературного и высокобарического метаморфизма в шовной зоне ГУР, процессов грануляции и последующих метасоматических преобразований в условиях высокого флюидного давления.

В зоне влияния ГУР, в трещинах отрыва, образовавшихся при сдвиговых дислокациях, локализованы первично-кристаллизованные жилы выполнения, сложенные прозрачным кварцем (пугачевский тип), претерпевшим лишь образование катакластических трещин, приводящих к замутнению стекловидного кварца, увеличению количества газово-жидких включений. Термодинамические условия образования жил предопределяют достаточно высокое предельное количество структурного алюминия (20-30 ррт), причем преобладает алюминий с компенсатором.

С использованием генераций кварцевых зерен в совокупности со структурами кварца нами разработан метод, позволяющий количественно оценивать содержание генераций кварцевых зерен в кварцевых метатектонитах и применять полученные данные для построения генетических схем и для прогноза технологических свойств кварцевого сырья. Метод получил название «метод совокупной оценки генераций» (СОГ).

Метод СОГ заключается в тщательной геологической документации кварцевого тела с оконтуриванием всех структурных типов кварца, проявлений хрупкой деформации и распределения минералов и элементов-примесей. Далее производится отбор петрографических шлифов. После просмотра шлифов и выделения генераций производится их количественная оценка. Полученные результаты интерпретируются с генетической или технологической точек зрения.

Метод СОГ был нами использован для решения прикладных вопросов на различных уровнях изучения. Наибольшую эффективность метод имеет при оценке скважинных кварцевых подсечений и штуфов кварца. По этим данным можно судить о преобладающем типе генераций кварцевых зерен в пределах изучаемых объектов. При исследовании горных выработок, вскрывающих кварцево-жильные тела, использование метода СОГ позволяет картировать пространственное положение генераций кварца, как в плане, так и в разрезе, что позволяет вплотную подойти к принципам

технологического картирования отдельных генераций внутри тел и дать рекомендации по их селективной отработке. В работе приводится пример минералого-технологического картирования кварцево-жильного тела № 193, где были опробованы северная и южная стенки разведочной канавы № 3525 и показано соотношение трех закартированных генераций кварца: 1) раннеколлизионный, стекловидный кварц (карояновский тип) встречается в виде реликтов, крупных, интенсивно блокованных, с участками замутненных зерен; 2) однородно гранулированный, средне-, крупнозернистый кварц (метатектонит кыштымского типа), сложен полигональными зернами с ровными границами, нередко вытянутыми в одном направлении; 3) тонко-, мелкозернистый, льдистоподобный, метасоматический кварц (метатектонит егустинского типа), сложен зернами изометричной формы с неровными, извилистыми границами, без признаков деформации. Последняя генерация представляет наибольший промышленный интерес (рис. 4, 5).

Рис. 4. Кварц различных генераций, развитых на Кузнечихинском месторождении, жильное тело № 193. Полированные пластины (уменьшено в 2 раза): а - стекловидный кварц; б - кыштымский тип; в - егустинский тип

Дефекты кварцевого стекла при использовании различных типов кварцевого сырья и концентратов во многом обусловлены генетическими пороками, наследуемыми крупкой при рудоподготовке и обогащении, часто из-за нерационального выбора схем добычи и переработки, что делает проблематичной типизацию кварца по этим параметрам. Вместе с тем, для выбора рациональных схем необходимо расклассифицировать кварцево-жильные тела, установить геолого-минералогические критерии для выделения технологических типов по обогатимости.

В кварцевых метатектонитах говорить о «чистых» типах довольно трудно. Как правило, проводя типизацию кварцевого объекта, мы имеем в виду преобладающий в нем генотип кварцевого сырья. Это обусловлено полигенностью современного состояния кварцевых метатектонитов.

С целью прогноза последовательности и эффективности различных методов обогащения гранулированного кварца была исследована степень обогатимости различных минералого-технологичсских типов с использованием различных методов обогащения и их комбинаций (технология лаборатории Кыштымского ГОКа), основанных на минералого-петрографических особенностях выделенных типов.

Степень обогатимости кварцевого сырья при применении процессов кислотной обработки и флотации исследовалась после магнитной сепарации. Количественный минералогический анализ проводился после каждого режима обогащения с выделением суммы минералов легкой и тяжелой фракций (содержание в вес. %). В работе приведены результаты количественного минералогического анализа параметров обогащения кварцевых метатектонитов различных генераций. Приведено сравнение влияния процессов кислотной обработки и флотации на эффективность обогащения различных минералого-технологических типов кварцевого сырья. В результате проведенного анализа разработана принципиальная последовательность операций в схемах обогащения кварцевых метатектонитов, позволяющая прогнозировать качественные параметры будущего кварцевого продукта.

к В

Ри* тя' Р1*

Рис. 5. Зональность основных генотипов кварца, выделенная в результате использования результатов метода СОГ при изучении кварцево-жильного тела (жила № 193, канава № 3525) и спектрохимического опробования проб кварца (в ррш):

А - южная стенка канавы, Б - северная стенка канавы; I - график изменения количества зерен 2-й генерации (кыштымский тип) в процентах и усредненная кривая; 2 - интервалы бороздового опробования и номера проб; 3 -наличие в пробах кварца зерен 1-й (реликтовой) генерации (карояновский тип)

Таким образом, проведенное по минералого-петрографическим особенностям минералогическое картирование кварцевых метатектонитов позволило выделить типы технологического кварцевого сырья по обогатимости и прогнозировать их технологические свойства на ранних стадиях изучения вещества.

Заключение

Оригинальная трактовка материала по геологии Уфалейского гнейсово-мигматитового комплекса, формационное расчленение кварцево-жильной минерализации, сопряженное с комплексом Уфалейского кварцево-жильного района, позволили выделить и сравнить минералого-технологические типы гранулированного кварца и сделать прогноз обогатимости этого вида полезного ископаемого на особо чистое кварцевое сырье. Изложенный материал позволяет сформулировать основные выводы данной работы.

1. Основными структурами, локализующими кварцево-жильные поля и месторождения особо чистого гранулированного кварца в пределах Уфалейского кварцево-жильного района, являются: зона влияния шовной зоны ГУР, обрамляющая метаморфический Уфалейский гнейсово-мигматитовый блок с востока, и оперяющие эту шовную зону сдвиго-взбросы. Кварцево-жильная минерализация носит полигенный и полихронный характер.

2. Изучение закономерностей пространственного распределения и онтогении кварцево-жильных тел, располагающихся в пределах Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса и обрамляющего его метаморфизованного вулканогенно-осадочного, позволило выделить среди них несколько групп, которые можно рассматривать как самостоятельные кварцево-жильные формации и субформации, каждая из которых имеет свой механизм формирования и занимает определенную геологическую позицию.

3. С использованием генерации кварцевых зерен как элементов минералого-технологического картирования разработан метод, позволяющий количественно оценить содержание генераций кварцевых зерен в кварцевых метатектонитах и применять полученные данные для генетических и технологических целей. Метод получил название «метод совокупной оценки генераций» (СОГ). он основан на минералого-петрографических характеристиках гранулированного кварца. С помощью метода СОГ в практически мономинеральном агрегате кварцевых зерен выявлена зональность. Зональность характеризуется своими особенностями, главным образом, различным соотношением генераций кварцевых зерен и минералогическим составом.

Основываясь на генетических особенностях выделенных в пределах Уфалейского кварцево-жильного района формационных типов кварцево-жильных образований, выделили минералого-технологические типы кварца с наиболее стабильными технологическими параметрами обогащения (в порядке убывания стабильности параметров обогащения):

1. Для получения особо чистого кварца (ОЧК):

• егустинский минералого-технологический тип;

• уфалейский минералого-технологический тип.

2. Для получения рядовых кварцевых стекол:

• кыштымский минералого-технологический тип;

• слюдяногорский минералого-технологический тип;

• карояновский и пугачевский минералого-технологические типы.

Прогноз обогатимости минералого-технологических типов показал, что

последовательность методов обогащения и операций при обогащении должна быть для каждого минералого-технологического типа индивидуальна и целиком зависеть от генетических особенностей кварцеобразования.

Список опубликованных работ

1. Минеральный состав безрудных кварцевых жил северной части Магнитогорского мегасинклинория //В.И.Вернадский и современные проблемы геологии: Тезисы докл. Рег. научно-практ, конф. Свердловск, 1988. С.34.

2. Гранулированный кварц - метаморфический тектонит //Минералогия Урала: Тезисы докл. регион, сов. Свердловск, 1990, т. 2. С. 132.

3. Фактографические исследования гранулированного кварца Уфалейского высокобарического комплекса методом электронной спектроскопии //Минералогия Урала: Тезисы докл. регион, сов. Свердловск, 1990, т. 2. С. 133 (соавторы В. К. Ларин и М. В. Калачёва).

4. Качественная оценка природных мономинеральных поликристаллических агрегатов жильного кварца по пьезоэлектрической активности //Методы разведочной геофизики. Пьезоэлектрический метод разведки. Л., 1990. С. 61-64.

(соавтор Н. М. Нейштадт).

5. Минералургия жильного кварца. М: Недра, 1990. (Коллектив авторов).

6. О зональности кварцевых метаморфических тектонитов //Теория минералогии: Всесоюзное сов. Сыктывкар, 1991.

7. Поиски и оценка камнесамоцветного и кварцевого сырья люминесцентными методами //Методические рекомендации ВИМС, М.,1991.46 с. (Коллектив авторов).

8. Минералого-технологическое картирование месторождений гранулированного кварца//Минералогия кварца: Тез. докл. сов. Сыктывкар, 1992. С. 123.

9. Методика экспрессного минералого-технологического опробования жильной массы при эксплуатации месторождений гранулированного кварца //Минералогия кварца: Тез. докл. сов. Сыктывкар, 1992. С. 124.

10. Первая находка ксенотима в карбонатитах //Уральская летняя минералогическая школа-97: Мат-лы. Всерос. научной конф. Екатеринбург, 1997. С. 189-190 (соавторы:

A. И. Белковский и А. Р. Нестеров).

11. Перспективы поисков месторождений особо чистого кварца в орогенах уральского типа //Металлогения и геодинамика Урала: Тез. докл. III Всеуральского металлоген. сов. Екатеринбург, 2000. С. 186-188 (соавтор А.И. Белковский).

12. Кыштымское месторождение гранулированного кварца: история открытия, эксплуатации и проблема поисков источников особо чистого кварца (Средний Урал) //Металлогения древних и современных океанов-2000. Открытие, оценка, освоение месторождений: Мат-лы. Шестой науч. студ. школы. Миасс, 2000. С. 245-251 (соавторы: А. И. Белковский и П. А. Красильников).

13. Развитие минерально-сырьевой базы кварцевого сырья на территории Челябинской области //Сырьевая база для керамической, стекольной и огнеупорной промышленности Урала: Тез. докл. Науч.-практ. конф. Челябинск, 2002 (соавторы:

B. Г. Кузьмин и Л. В. Савелюк).

14. Исследование обогатимости кварцевого сырья как метод оценки особо чистого кварца на поисковой стадии //Минералогия Урала-2003, Миасс, 2003, т. 2. С.250-253.

Подписано в печать 11.04.05 г. Формат 60 X 84 1/16. Бумага топографическая. Печать на ризографе 1,0 печ л. Тираж 100 экз. Заказ Изд-во УГГУ

620144 г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. Лаборатория множительной техники

25.00

1240

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Савичев, Александр Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Геологическое строение Уфалейского кварцево-жильного района, его основные структуры и кварцево-жильная минерализация.

1.1. Геолого-структурная характеристика Уфалейского гнейсовомигматитового блока и обрамляющих его шовных зон.

1.2. Минерагения кварцевых образований Уфалейского кварцево-жильного района.

2. Закономерности пространственного распределения формационных типов кварцево-жильной минерализации Уфалейского кварцево-жильного района.

2.1. Анализ предшествующих исследований.

2.2. Кварцево-жильные формации и субформации Уфалейского кварцево-жильного района. Закономерности пространственного распределения и характеристика.

3. Минералого-технологическое картирование и прогноз качества кварцевого сырья.

3.1. Технологическая характеристика особо чистого кварца

3.2. Генетические предпосылки образования особо чистого кварца. Выделение минералого-технологических типов, их характеристика.

3.3. Генерации кварцевых зерен - элементы минералого-технологического картирования. Метод совокупной оценки генераций.

3.4. Минералого-технологическое картирование месторождений гранулированного кварца (на примере Кыштымского месторождения).

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Уфалейский кварцево-жильный район"

Уральская складчатая система, применительно к кварцевому сырью, рассматривается как наиболее крупная (региональная) линейно-вытянутая кварценосная площадь — Уральский кварценосный пояс. Принятая на практике схема соподчиненности кварценосных площадей и объектов включает кварценосный пояс - кварценосная провинция - кварценосный район — кварценосный узел - кварцево-жильное поле - жильная зона - кварцево-жильный объект (жила, гнездо). Обособленные участки, характеризующиеся едиными особенностями геологического строения, обуславливающими локализацию кварценосных объектов при наличии в них промышленной минерализации, выделяются в качестве месторождения. Понятие «месторождение» отражает, прежде всего, промышленно-экономическую сторону вышеназванных объектов, поэтому в схеме минерагенического соподчинения отдельно не выделяется (Евстропов, Кухарь, Огородников и др., 1995).

В пределах Уральского кварценосного пояса выделяются Восточно-Уральская и Центрально-Уральская провинции. Центрально-Уральская провинция включает в себя Приполярно-Уральскую кварценосную субпровинцию, Сакмарский кварцево-жильный район и Уфалейский кварцево-жильный район, последний включает в себя Кыштымское кварцево-жильное поле с группой разведанных месторождений гранулированного кварца: Маукским, Кузнечихинским, Кыштымским, Агордяшским и Пугачевским месторождением прозрачного жильного кварца и рядом перспективных кварцево-жильных полей: Егустинским, Уфимским и Западно-Уфалейским.

Актуальность проблемы. Уфалейский кварцево-жильный район пространственно совпадает с Уфалейским гнейсово-мигматитовым комплексом, уникален по своему геологическому строению, качеству сырья, масштабам развития кварцево-жильной минерализации и ее качеству. Кварц из месторождений Кыштымского кварцево-жильного поля более 40 лет используется для плавки прозрачного кварцевого стекла, применяемого, главным образом, в электронной и полупроводниковой промышленности. Кыштымское месторождение является наиболее крупным по запасам особо чистого кварца в Российской Федерации.

Особо чистый кварц (ОЧК) - природное кварцевое сырье, генетические особенности которого позволяют получать из него товарный продукт — природный кристаллический диоксид кремния — пригодный по своим параметрам для получения материалов, использующих его специальные свойства.

Повышение требований перерабатывающей промышленности к качеству поставляемого сырья, привело к необходимости формационного членения кварцево-жильных образований, имеющих различные схемы обогащения. В связи с этим, появилась необходимость в проведении минералого-технологического картирования кварцево-жильных образований как метода рационального использования кварцевого сырья при добыче и прогнозирования его обогатимости, основанных на генетических особенностях кварцевой минерализации. Идеальным объектом для решения поставленной задачи является Уфалейский кварцево-жильный район и Кыштымское месторождение особо чистого гранулированного кварца.

Научная новизна.

1. В пределах Уфалейского кварцево-жильного района выделено две формации и семь субформаций кварцево-жильной минерализации, локализующихся в конкретных структурно-вещественных парагенезах, занимающих в одноименном гнейсово-мигматитовом блоке строго определенную структурную и пространственную позицию. В качестве одной из формаций впервые выделена формация вторично-зернистого, особо чистого гранулированного кварца как представителя метатектонитов. Дана их полная характеристика, разработана морфологическая типизация и показано их место в структурно-метаморфическом преобразовании уфалейского блока.

2. Выделенные в пределах Кыштымского месторождения субформации особо чистого гранулированного кварца, охарактеризованы как минералого-технологические (генетические) типы кварцево-жильных образований. В гранулированном кварце изучены структуры, выделено несколько генераций кварцевых зерен, имеющие свои характерные особенности. Это позволяет использовать кварцевые генерации в качестве элементов минералого-технологического картирования. Генерации кварцевых зерен отражают полихронный процесс развития кварцевых метатектонитов. Дан прогноз их обогатимости, проведено минералого-технологическое картирование месторождения.

3. Разработан метод совокупной оценки генераций (СОГ) кварцевых зерен -как метод рациональной типизации кварцевых тел при минералого-технологическом картировании месторождений особо чистого гранулированного кварца. Приведены примеры использования метода совокупной оценки генераций на разных уровнях изучения гранулированного кварца и сопоставление результатов использования этого метода с традиционными методами оценки качества кварцевого сырья.

Целью диссертационной работы является изучение и выделение в пределах месторождения различных формационных (субформационных) типов кварцево-жильной минерализации, основанных на генетических особенностях выделенных генотипов, закономерностей размещения и условий образования в структурах уфалейского блока.

Разработка методики оценки обогатимости кварца разных генетических типов, на основе анализа результатов исследований кварцевого сырья.

Практическая значимость работы.

2. Использование результатов прогноза кварцево-жильного сырья различных генетических типов как результат минералого-технологического картирования для целей селективной отработки особо чистого кварца.

При разработке метода совокупной оценки кварцевых генераций было изучено более 1300 петрографических шлифов кварца. При наработке материалов к минералого-технологическому картированию использованы результаты анализов 578 проб кварца, которые включали в себя следующий комплекс исследований: определение коэффициента светопропускания, количественный минералогический анализ кварцевой крупки, количественный химико-спектральный или прямой спектральный анализы кварца на 11 элементов примесей.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на совещаниях «Минералогия месторождений Урала» (Миасс, 1990), «Минералогия кварца» (Сыктывкар, 1992), «Металлогения и геодинамика Урала» (Екатеринбург, 2000), «Металлогения древних и современных океанов -2000» (Миасс, 2000), «Металлогения Урала - 2003» (Миасс, 2003). По материалам диссертации опубликовано 14 работ.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Основными структурами, локализующими кварцево-жильные поля и месторождения особо чистого гранулированного кварца в пределах Уфалейского кварцево-жильного района, являются: высокотемпературные и высокобарические зоны влияния шовных зон, обрамляющие метаморфический Уфалейский гнейсово-мигматитовый блок и оперяющие шовные зоны сдвиго-взбросы, где во время коллизий формируются разновозрастные кварцево-жильные тела.

2. На основе изучения закономерностей пространственного размещения и онтогении кварцево-жилъных тел выделены формация первично-зернистого кварца и формация вторично-зернистого, особо чистого, гранулированного кварца (метатектонитов). В первой выделено три субформации (генотипа), во второй - четыре, каждые, из которых обладают различными минералого-технологическими характеристиками.

3. Разработан метод совокупной оценки генераций (СОГ) кварцевых тел - как метод рациональной типизации кварцевых тел при минералого-технологическом картировании месторождений особо чистого гранулированного кварца. Метод совокупной оценки генераций имеет значительное преимущество на разных уровнях изучения особо чистого гранулированного в сравнении с традиционными методами оценки качества кварцевого сырья, что позволяет проводить его селективную отработку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Савичев, Александр Николаевич

Заключение

Оригинальная трактовка материала по геологии Уфалейского гнейсово-мигматитового комплекса, формационное расчленение кварцево-жильной минерализации сопряженного с комплексом Уфалейского кварцево-жильного района позволили выделить и сравнить минералого-технологические типы гранулированного кварца и сделать прогноз обогатимость этого вида полезного ископаемого на особо чистое кварцевое сырьё. Изложенный материал позволяет сформулировать основные положения данной работы.

1. Основными структурами, локализующими кварцево-жильные поля и месторождения особо чистого гранулированного кварца в пределах Уфалейского кварцево-жильного района, являются - шовная зона ГУР, обрамляющая метаморфический Уфалейский гнейсово-мигматитовый блок с востока, и оперяющие эту шовную зону сдвиго-взбросы. Кварцево-жильная минерализация носит полигенный и полихронный характер.

Г вулканогенно-осадочного комплекса, позволило выделить среди них несколько групп, которые можно рассматривать как самостоятельные кварцево-жильные формации и субформации, каждая из которых имеет свой механизм формирования и занимают определенную геологическую позицию:

I. формация первично-зернистого кварца:

- субформация кварцевых прожилков и мелких жил метаморфической дифференциации;

- субформация метасоматических кварцевых тел замещения, кварцитов (серебровский тип);

- субформация первично кристаллизованного кварца жил выполнения (карояновский и пугачевский типы).

II. формация вторично-зернистого, особо чистого, гранулированного кварца (кварцевых метатектонитов):

- субформация жил перекристаллизации по прожилкам и мелким жилам метаморфической дифференциации (кварцевый метатектонит слюдяногорского типа);

- субформация тонко-среднезернистого, неоднородно гранулированного кварца по кварцево-жильным телам замещения (кварцевый метатектонит уфалейского типа);

- субформация средне-крупнозернистого, однородно гранулированного кварца по жилам выполнения (кварцевый метатектонит кыштымского типа);

- субформация тонкозернистого метасоматического

А гранулированного кварца (кварцевый метатектонит егустинского типа)

3. Используя генерации кварцевых зерен как элементы минералого-технологического картирования, разработан метод, позволяющий количественно оценить содержание генераций кварцевых зерен в кварцевых метатектонитах и использовать полученные данные для генетических и технологических целей. Метод получил название - метод совокупной оценки генераций (метод СОГ). Использование метода СОГ, основанного на минералого-петрографических характеристиках гранулированного кварца возможно на самых ранних стадиях геологоразведочного процесса. С помощью метода СОГ в практически мономинеральном агрегате кварцевых зерен выявлена зональность. Зональность характеризуется своими особенностями, главным образом, различным соотношением генераций кварцевых зерен и минералогическим составом.

Основываясь на генетических особенностях выделенных в пределах Уфалейского кварцево-жильного района формационных типов кварцево-жильных образований, выделены минералого-технологические типы кварца с наиболее стабильными технологическими параметрами обогащения (в порядке убывания стабильности параметров обогащения):

1. Для получения ОЧК:

- егустинский минералого-технологический тип;

- уфалейский минералого-технологический тип.

2. Для получения рядовых кварцевых стекол:

- кыштымский минералого-технологический тип;

- слюдяногорский минералого-технологический тип;

- карояновский и пугачевский минералого-технологические типы.

Проводя типизацию кварцевого объекта, мы имеем ввиду преобладающий тип кварцевого сырья в нем.

Минералого-технологическое картирование Кыштымского месторождения гранулированного кварца позволило выделить основные зоны локализации кварцевых объектов принадлежащих различным минералого-технологическим типам. Целесообразна совместная отработка жил, принадлежащих одному минералого-технологическому типу.

Прогноз обогатимости минералого-технологических типов показали, что последовательность методов обогащения и операций при обогащении должна быть для каждого минералого-технологического типа индивидуальна и целиком зависит от генетических особенностей кварцеобразования.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Савичев, Александр Николаевич, Екатеринбург

1. Агеев Б. И., Бурьян Ю.И., Захарченко И.И Геолого-структурное положение Пугачевского месторождения стекловидного кварца// Геология метаморфических комплексов: Тр. СГИ, 1985. С.99-106

2. Белевцев Я.Н. Метаморфогенное рудообразование. М., Недра, 1979,276 с.

3. Белковский А.И., Локтина И.Н. Роговые обманки из кварцевых жил Уфалейского метаморфического комплекса. Вопросы геологии и магматизма Урала. Свердловск, 1970, С. 135-138.

4. Белковский А.И Эволюция состава гранатов эклогит-сланцевых и эклогит-сланце-мигматитовых комплексов (на примере эклогитов Среднего Урала). Свердловск, 1986,223 с.

5. Белковский А.И. Симплексит-эклогиты Среднего Урала Свердловск, 1989,190с.

6. Белковский А.И. Минералогия Уфалейского метаморфического блока. Уральский минералогический сборник, 9, Миасс, 1999, С.63-77.

7. Белковский А. И., Савичев А.Н. Перспективы поисков месторождений особо чистого кварца в орогенах Уральского типа. Металлогения и геодинамика Урала. Тезисы докладов III Всеуральского металлогенического совещания. Екатеринбург, 2000,С.186-188.

8. Виноградская Б.М. Петрология гранитоидов Уфалейского массива на Урале. Материалы по геологии Урала. Л.,1964. С.162-238.

9. Вертушков Г.Н. Метаморфизм жильного кварца. Тр. СГИ, вып. XXII, 1955.

10. Вертушков Г.Н., Емлин Э. Ф., Синкевич Г.А. и др. Жильный кварц восточного склона Урала (методы исследования): Тр. СГИ. Свердловск, 1969, вып.58. 116 с.

11. Вертушков Г.Н. Гранитизация кварцевых жил. В сб. «Жильный кварц восточного склона Урала». Часть II, 1970, Свердловск, С. 82-99.

12. Геологическая карта Уралал масштаб 1:50000. Отчет Кенгурской геологосъемочной партии за 1956-1961 гг. Авт. Кейльман Г.А., Глушкова Т.А., Демиденко B.C. Фонды ПГО «Уралгеология». Свердловск, 1961.

13. Геологическое доизучение масштаба 1:50000 Карабашской площади и общие поиски меди. Отчет Карабашской партии УГСЭ за 1983-1988 гг. Отв. Исполнитель В.В.Парфенов. Фонды ПГО «Уралгеология» Свердловск, 1989.

14. Глебовицкий В.А. Проблемы эволюции метаморфических процессов в подвижных поясах. М.: Наука, 1973. 128 с.

15. Годовиков А. А. Влияние давления на кислотно-основные свойства минерало-образующих катионов //Докл. Сов. Геол. на 28 сес.МГК. М., 1989. С. 5-11

16. Григорьев Д.П. Онтогения минералов. Львов, Из-во Львовского ун-та, 1961.284 с.

17. Грейс К.А. Решающая роль геолога при оценке запасов. Прикладная горнопромышленная геология. М.,Мир, 1990, С.240-251.

18. Добрецов Н.Л., Ревердатто В.В., Соболев B.C. и др. Фации метаморфизма. М.; Недра, 1970.620с.

19. Евстропов А.А., Бурьян Ю.И, Кухарь Н.С., Серых Н.М., Цюцкий С.С. Жильный кварц Урала в науке и технике. Геология основных месторождений кварцевого сырья. М., Недра. 1995.208с.

20. Емлин Э.Ф., Синкевич Г.А., Якшин В.И Жильный кварц Урала в науке и технике. Свердловск, 1988,269 с.

21. Жильный кварц Восточного склона Урала. Тр. СГИ, вып. 58, ч. 1, 1969,99с.

22. Жильный кварц Восточного склона Уралах Тр. СГИ, вып. 66, ч. 2, 1970,103с.

23. Иванов КС. Основные черты геологической истории (1,6-0,2 млрд лет) Урала. Дис. .д-ра геол.-минера, наук. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 1998.253с.

24. Иванов О.П. О принципах построения рациональной методики технологического опробования рудных месторождений. Геология и разведка, 1976, №8, С. 86-92.

25. КадикА.А. Вода и углекислота в магматических процессах. //Физико-химические проблемы гидротермальных и магматических процессов. М.,Наука, 1975 С.5-32.

26. Казак А.П. Закономерности размещения и условий образования метаморфических рутилоносных пород Южного Урала: Автореф. дис. канд.геол-минер. наук. Л.,1964.22 стр.

27. Казанский В.И. Дислокационный метаморфизм и метаморфогенное рудообразование //Метаморфогенное рудообразование раннего докембрия. Апатиты, КолФАН СССР, 1980, С. 7-18.

28. Камалетдинов М.А. Покровные структуры Урала. М.: Наука, 1974.229 с.

29. Камалетдинов М.А., Казанцева Т.Т. Аллохтонные офиолиты Урала, М,:Наука, 1983.166 с.

30. Кейльман Г.А. Результаты геологического картирования метаморфических комплексов Урала. В кн.: Проблемы изучения геологии докембрия. Материалы совещания по вопросам изучения и методики картирования докембрийских образований. JL, 1967, С. 66-71.

31. Кейльман Г.А. Мигматитовые комплексы подвижных поясов. М.; Недра, 1974. 200 с.

32. Кейльман Г. А., Огородников В. Н. О роли метасоматоза приметаморфических процессах // Региональный метаморфизм, метасоматоз и металлогения Урала. Свердловск: НТО-горное, 1975. С. 3-4.

33. Кейльман Г. А., Огородников В. Н. О взаимодействии флюида с минеральными системами при метаморфизме // Флюидный режим земной коры и верхней мантии. Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1980. С. 79-80.

34. Кейльман Г. А., Пучков В. Н. Сиализация земной коры (тектоническиеаспекты). Препринт. УрО АН СССР. Свердловск. 1989а. 50 с.

35. Кейльман Г.А. Роль давления при метаморфизме //Геологияметаморфических комплексов. Свердловск, СГИ, 19896. С. 4-12.

36. Кейльман Г.А., Паняк С.Г. Метасоматоз в метаморфическихпроцессах.//Геология метаморфических комплексов. Свердловск, СГИ, 1990. С. 4-13.

37. Краснобаев А.А. Циркон как индикатор геологических процессов. М., Нуака, 1986.148с.

38. Критерии возрастных соотношений рудообразующих минералов по микроскопическим исследованиям» ОНТИ НКТП СССР, 1934,147с.

39. Ленных В. И. Метасоматиты Тараташского комплекса.//Докембрийские вулканогенно-осадочные комплексы Урала. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1986. С. 70-73.

40. Лобацкая P.M. Структурная зональность разломов. М.: Недра, 1987.128с.

41. ЛоктинаИ.Н., Белковский А.И. «Железистые кварциты» уфалейского метаморфического комплекса// Вулканизм, метаморфизм и железистые кварциты обрамления тараташского комплекса. Свердловск, 1986. С.33-34.

42. Мамаев Н. Ф. Геологическое строение и история развитым восточного склона Южного Урала. Свердловск, УФ АН СССР, 1965.169 с.

43. Мельников Е.П. Геология и закономерности размещения месторождений гранулированного кварца южной части Уфалейского гнейсового комплекса: Автореф. дис. канд. геол.-минер, наук.Свердловск, 1972. 29 с.

44. Мельников Е.П. Новые данные о времени и характере метаморфизма пород Уфалейского гнейсово-мигматитового комплекса. Геология метаморфических комплексов Урала. Вып. 108. Издание СГИ, 1974, С. 26-30.

45. Мельникова Н.И., Мельников Е.П Формации жильного безрудного кварца метаморфических комплексов Среднего и Южного Урала. Доклады АН СССР, 1974, том 214, № 6, С. 1423-1426.

46. Мельников Е.П. Геология, генезис и промышленные типы месторождений кварца. М., Недра, 1988, С. 215.

47. Мельников Е.П, Колодиева С.В., Ярмак М.Ф. и др. Методы изучения и оценки месторождений кварцевого сырья. М., Недра, 1990.

48. Минералургия экжьного кварца. М., Недра, 1990,295 с.

49. Наумов Г.Б., Наумов В.Б. Влияние температуры и давления на кислотность эндогенных растворов и стадийность рудообразования.\\Геология рудных месторождений. 1977. №1.С.65-77.

50. Огородников В.Н. Алюмокремниевые метасоматиты Кочкарского и Адамовского метаморфических комплексов. Автореф. дис. канд. геол.-минер. наук. Свердловск, СГИ, 1975. 18 с.

51. Огородников В.Н. Геолого-генетическая модель одного из месторождений горного хрусталя на Южном Урале// Геология метаморфических комплексов: Тр. СГИ, Свердловск, 1985. С.110-116.

52. Огородников В.Н. Закономерности размещения и условия сопряженного образования кварцево-жильной, хрусталеносной и золоторудной минерализации Урала. Автореф. дис. докт. геол.-минер. наук. Екатеринбург, УГГГА, 1993. 54 с.

53. Огородников В.Н, СазоновВ.Н., Поленов Ю.А. Минерагения шовных зон Урала, часть 1. Екатеринбург,2004,216 с.

54. Островский В.Н. Зональность подземной флюидосферы. Советская геология. 1990,№4, С.108-116.

55. Паталаха Н.И., Поляков А.Н., Севрюгин Н.Н. Роль механического фактора в термическом режиме зон крупных разломов./Геотектоника, 1978, № 4. С. 79-90.

56. Перфильев А. С. Формирование земной коры Уральской геосинклинали, М.:Наука, 1979.188с.

57. Петров Т.Г., Трейгус Е.Б., Касаткин А.П. Выращивание кристаллов из растворов. JI., Недра, 1967, 175 с.

58. Петров Н.А., Мельников Е.П Геологическое строение Кыштымского месторождения гранулированного кварца. Советская геология, № 12, 1968.

59. Пейве А. В. Общая храктеристика, классификация и прстранственное распределение глубинных разломов. Главнейшие типы глубинных разломов.//Известия АН СССР, сер. Геол. 1956, № 1. С. 90-105.

60. Пейве А.В. Тектоническая расслоенность литосферы. М.: Наука, 1980. 216 с.

61. Плюснин К.П. Методика изучения тектонических структур складчатых поясов (на примере Урала) УТГУ, Пермь, 1971.217 с.

62. Поспелов Г.Л. Геологические предпосылки к физике рудо контролирующих флюидопроводников.//Геология и геофизика. 1963.№3 стр.18-38;№4.С.24-41.

63. Природный кварц и его физико-химические свойства. М.: Недра, 1985.124 с.

64. Пучков В.Н. Батиальные комплексы, пассивные окраины геосинклинальных областей. М.: Наука, 1979.260с.

65. Пучков В.Н. Геодинамический контроль метаморфизма на Урале //Геотектоника. 1996. №2,С. 16-33.

66. ПучковВ.Н. Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала.Уфа: Даурия,2000.146 с.

67. Ракчеев А.Д. Метаморфизм пород зеленокаменной полосы и его отношение к колчеданному и медно-цинковому оруденениям в районе Южно-Кузнечихинского месторождения на Среднем Урале// Советская геология. 1956.№51. С.96-113.

68. Ракчеев А.Д. Закономерности размещения колчеданных тел на Урале (на примере Карабашской группы месторождений)// Советская геология. 1962. №7 С. 178-190.

69. Ревнивцев В. И. Роль технологической минералогии в обогащении полезных ископаемых// Записки ВМО, 1982. Вып.4.4111. С.443-449.

70. Руженцев С. В. Краевые офиолитовые аллохтоны. М.: Наука, 1976. 196 с.

71. Серавкин И.Б., Знаменский С.Е.,Косарев A.M. Разрывная тектоника и рудоносность Башкирского Зауралья. Уфа: Полиграфкомбинат,2001.318 с.

72. Серкова JI.E. Типоморфные особенности жильного безрудного кварца. Автореф. дисс.канд.геол.-минер.наук. Свердловск, 1990.20 с.

73. Савичев А.Н. Минеральный состав безрудных кварцевых жил северной части Магнитогорского мегасинклинория. Тезисы докладов территориальной научно-технической конференции «В.И.Вернадский и современные проблемы геологии». Свердловск, 1988, С. 34.

74. Савичев А.Н. Гранулированный кварц метаморфический текгонит. Тезисы докладов 2 регионального совещания «Минералогия Урала», т. 2, Свердловск,1990, С. 133.

75. Савичев А.Н., Нейштадт Н.М. Качественная оценка природных мономинеральных поликристаллических агрегатов жильного кварца по пьезоэлектрической активности. Сб. Методы разведочной геофизики. Пьезоэлектрический метод разведки. Ленинград, 1990,С. 61-64.

76. Савичев А.Н О зональности кварцевых метаморфических тектонитов. Тезисы докладов Всесоюзного совещания «Теория минералогии». Сыктывкар,1991.

77. Савичев А. Н. Исследования обогатимости кварцевого сырья как метод оценки особо чистого кварца на поисковой стадии. Сб. « Минералогия Урала». Т.2. Миасс,2003 г., С.250-253

78. СазоновВ.Н., Огородников В. Н., Коротеев В.А., Поленов Ю.А. Месторождения золота Урала. Второе исправленное и дополненное издание Екатеринбург, 2001. 622 с.

79. Сазонов В.Н., Огородников В.Н. Поленов Ю.А. Минерагения шовных зон Урала. Часть 2. Екатеринбург, 2003,68с.

80. Синкевич Г.А. Строение гранулированного кварца из жил Среднего Урала. Доклады АН СССР, т. 173, №5, 1967.

81. Синкевич Г.А. Структурные типы жильного кварца на Урале. Известия ВУЗов. Геология и разведка, №11,1969, С. 43-48.

82. Де СиттерЛ.У. Струюурная геология. Изд-во ин. лит-ры, Москва, 1960,473 с.

83. Скабичевский П.П. О нижнеуфалейском гранитном массиве. Советская геология, 1940, №10, С. 106-108.

84. Соколов Ю.М., Мельников Е.П., Маханек Е.К, Мельникова Н.И. Минерагения метаморфогенных месторождений горного хрусталя и гранулированного кварца. Л.: Наука, 1977.120стр.

85. Страшненко Г.И. Геология и закономерности размещения месторождений горного хрусталя в западном обрамлении Адамовского гнейсово-мигматитовогокомплекса (Южный Урал): Автореф. Дис канд. Геол.-минер, наук. Свердловск, 1978.20с.

86. Тектоника Урала. Объяснительная записка к тектонической карте масштаба 1:1000000/А.В.Пейве, С.Н, Иванов и др. М.: Наука, 1977.120 с.

87. Уткин В.Б. Сдвиговые дислокации и методы их изучения. М., Наука, 1980. 143 с.

88. Физические исследования кварца. М., недра, 1975. 65стр.

89. Франк-Каменецкий А.В. Природа структурных примесей в минералах. Изд-во ЛГУ, 1964, 239 с.

90. Щеколдин А.А., Синкевич Г.А., Петров Н.А. Гранулированный жильный кварц -новое сырье для получения прозрачного кварцевого сырья. Стекло и керамика. 2,1963,С. 6-8.

91. Щеколдин А.А. Метаморфизм жильного кварца и генезис его разновидностей. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института синтеза минерального сырья. 1969., т. 10, С. 101-110.

92. Шерман С.К, Днепровский Н.И. Поля напряжений земной коры и геолого-структурные методы их изучения. Новосибирск. Наука, СОАНСССР, 1989. 158 с.

93. Шерман С. И. Разломообразование в литосфере. Зоны сжатия. Новосибирск, Наука, СОАНСССР, 1994. 263 с.

94. Чернявский КС. Стереология в металловедении. М., Металлургия, 1977,279 с.

95. Чиков Б.М. Сдвиговое стресс-струкхурообразование в литосфере: разновидности, механизмы, условия (обзор проблемы). Геология и геофизика, №9,1992, «Наука», Новосибирск С.3-39.

96. Эшкин В. Ю., Поленов Ю. А., Богданова Г. Н. О типах жильных тел ивлиянии вмещающих горных пород на их состав // Зап. ЛГИ. Т. LXV, вып. 2, Л., 1973. С. 17-27.

97. Юсупов С.Ш., Мельников Е.П., Фаттахутдинов С.Г. РТ-условия грануляции жильного кварца Урала. Уфа, 1979,49 с.

98. Ярошевский В. Тектоника разрывов и складок. М.: Недра, 1980,321 с.

Информация о работе

Савичев, Александр Николаевич
кандидата геолого-минералогических наук
Екатеринбург, 2005
ВАК 25.00.11

Диссертация

Уфалейский кварцево-жильный район - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы