CC BY
119
УДК 553.07 (470.5)
DOI 10.21440/2307-2091-2018-1-23-32
ОСОБО ЧИСТЫЙ КВАРЦ УФАЛЕЙСКОГО КВАРЦЕНОСНОГО РАЙОНА (ЮЖНЫЙ УРАЛ)
Виталий Николаевич Огородников, Юрий Алексеевич Поленов, Александр Николаевич Савичев
fgggl@ursmu.ru
Уральский государственный горный университет Россия, Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Актуальность работы обусловлена необходимостью значительного уточнения понятия минерального сырья под термином «особо чистый кварц».
Цель работы: детальное изучение генезиса кварца уфалейского и егустинского типов, представляющих значительный интерес в качестве минерального сырья для получения кварцевых концентратов повышенного качества, что должно учитываться при разработке рациональных систем отработки кварцевых объектов и применении схем обогащения.
Методология исследования: детальное изучение геохимических, геологических и возрастных параметров кварцевых тел, сложенных жильным кварцем уфалейского, егустинского и других типов. Результаты. Кварцево-жильные образования Уфалейского кварце-носного района являются результатом длительных и сложных процессов формирования Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса. Многоэтапность формирования комплексов и обусловливает совмещение в одной зоне различных типов кварцевых жил, относящихся к разным возрастным семействам. Нами выделены кварцево-жильные образования следующих генетических типов: метаморфической дифференциации, слюдяногорского, уфалейского, егустинского, кыштым-ского, пугачевского и щербаковского. Кварцево-жильные образования, сложенные метасоматическим мелкозернистым жильным кварцем уфалейского типа с наложенным егустинским, приурочены к Слюдяногорско-Теплогорской шовной зоне и их метасоматический генезис связан с альбититами, редкоземельными карбонатитами и нельсонитами докембрийского возраста.
Выводы. Для жильного кварца уфалейского и егустинского типов нельзя применять термин «гранулированный кварц», к которому относится кварц «кыштымского» типа, так как механизм образования зерен - первоначально метасоматический с последующим метаморфоген-но-метасоматическим преобразованием. Высокобарические и высокотемпературные условия образования кварца обусловили высокую степень его прозрачности, низкие значения потерь при прокаливании и содержание структурного алюминия.
Ключевые слова: уфалейский тип; егустинский тип; Уфалейский комплекс; кварцево-жильные образования; генетический тип кварцевых жил.
Уфалейский кварценосный район, включая Кыш-тымское и Кузнечихинское кварцево-жильные месторождения, по своему минерагеническому потенциалу является одним из самых крупных, а по качеству кварца - основным кварценосным районом не только на Урале, но и в Российской Федерации.
Кварцево-жильные образования Уфалейского кварце-носного района являются результатом длительных и сложных процессов формирования Уфалейского гнейсово-ам-фиболитового комплекса. Кварцевые тела в значительной степени претерпели преобразования под воздействием разновременных метаморфических, метасоматических и гидротермальных процессов, что привело к существенному усложнению первоначального строения жильного кварца, слагающего кварцевые тела.
«Одной из особенностей упомянутого комплекса, долгое время не находившей удовлетворительного объяснения, является совмещенность в одной зоне кварцевых жил различных генетических семейств. Это обстоятельство затрудняло не только выяснение условий формирования и генезиса кварца того или иного типа, но и поиски, и прогнозную оценку месторождений» [1].
«Многоэтапность формирования гнейсово-мигмати-товых комплексов и обусловливает совмещение в одной зоне различных типов кварцевых жил, относящихся к разным возрастным семействам. И только те кварцевые жилы, которые претерпели метаморфические преобразования в определенных геологических и термодинамических условиях, оказываются продуктивными» [2].
Исследования авторов [3-6] подтвердили наличие разнозернистых, разновозрастных разновидностей кварца. Выделены кварцево-жильные образования следующих генетических, минералого-технологических типов (таблица): метаморфической дифференциации, слюдяногор-ского, уфалейского, егустинского, кыштымского, пугачевского и щербаковского.
В статье приведено детальное описание кварца уфа-лейского и егустинского типов, представляющих значительный практический интерес, и рассмотрены вопросы генезиса данных кварцево-жильных тел. Уфалейский про-мышленно-генетический тип с различным процентным соотношением егустинского внутри него слагает жилы 175, 179, 185, Беркутинская, 2136 Кыштымского месторождения и жилы 191, 192, 194, 414 и ряд других Кузнечи-хинского месторождения [3-5, 7-9].
В работах почти всех исследователей [1, 8, 10-13] перечисленные кварцевые жилы описываются как тела, сложенные одним типом кварца так называемого уфа-лейского типа, который все без исключения относят к гранулированному. Детальное изучение этих геологических объектов показало, что в строении этих кварцевых жил принимает участие жильный кварц слюдяногорского, уфалейского и егустинского типов, которые относятся к различным генетическим типам и образованы в результате метаморфогенно-метасоматических преобразований метаморфических пород и никак не относятся к гранулированному [4-6].
Многолетние исследования жильного кварца различными методами позволили исследователям выяснить многие детали строения и причины минеральной загрязненности жильного кварца, но не дали ответов по поводу генезиса различных типов кварца и геологическое время их образования. По глубокому убеждению авторов, эти проблемы могут быть решены только в случае тщательной увязки результатов аналитических исследований с детальным изучением геологической обстановки локализации кварцевых объектов и выяснением онтогенических особенностей всех типов кварца, слагающих кварцевое тело. По этой причине авторы помимо своих данных приводят результаты аналитических работ других исследователей, но интерпретация результатов дана с учетом детальных полевых работ, выполненных авторами.
Распределение выделенных генотипов кварца в пределах Уфалейского метаморфического комплекса имеет определенные структурные и петрологические закономерности (рис. 1).
Прожилки метаморфической дифференциации являются результатом процессов регионального метаморфизма от гранулитовой до амфиболитовой фации, кото-
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
МАРТ 2018 | ВЫПУСК 1 (49) 23
Генетическая типизация жильного кварца Уфалейского кварценосного района. Genetic typing of vein quartz of the Ufaley quartziferous district.
Геодинамический режим, мегацикл
Родоначальный магматический комплекс (возраст)
Генетический формационный тип кварцевых жил
Минерально- Тип кварца по структурным Эталонные кварцевые технологический тип особенностям жилы
Метаморфизм карельского мегацикла (2,05-1,75 млрд лет) Рифтогенез рифейского мегацикла (1,35-1,0 млрд лет)
Байкальский (кадомский) коллизионный мегацикл
(620-500 млн дет) Раннепалеозойская ТМА шовных зон (500-450 млн лет)
Ранняя коллизия палеозойского мегацикла (360-320 млн лет) Поздняя коллизия палеозойского мегацикла (310-240 млн лет) Поздняя коллизия палеозойского мегацикла (310-240 млн лет)
Гранито-гнейсы уфалейской свиты (1,85-1,8 млрд лет)
Чусовской комплекс субщелочных гранитоидов, «гиганто-мигматиты» (881 млн лет) Битимский комплекс щелочных гранитов, альбититы, карбонатиты (579-533 млн лет)
Козловогорский комплекс щелочных гранитоидов-сиенитов
(476-457 млн лет) Нижнеуфалейский комплекс гранитоидов (316-317 млн лет)
Кизильский комплекс микроклиновых гранитов (267 млн лет)
Кизильский комплекс микроклиновых гранитов (267 млн лет)
Метаморфогенный, первично-зернистый
Метаморфогенный,
вторично-зернистый,
перекристалли-зованный
Гидротермально-
метасоматический,
первично-зернистый
Гидротермально-
метасоматический,
первично-зернистый
Гидротермальный,
первично-зернистый,
гигантозернистый
Метаморфогенный,
вторично-зернистый,
гранулированный
Гидротермальный,
первично-зернистый,
гигантозернистый
Прожилки
метаморфической
дифференциации
Слюдяногорский
Уфалейский
Егустинский
Пугачевский
Кыштымский
Щербаковский
Светло-серый, мелко-, средне-зернистый (1-3 мм)
Серый, полупрозрачный, средне-, крупнозернистый, грануломорфный (2-10 мм)
Молочно-белый, мелкозернистый (1-2 мм)
Кварцевая жила № 170
Кварцевая жила № 175, Беркутинская
Серый, слабо дымчатый,
тонкозернистый,
льдистоподобный
(0,05-1 мм)
Молочно-белый,
полупрозрачный, крупно-,
гигантозернистый
Светло-серый,
полупрозрачный,
гранулированный,
среднезернистый (3-5 мм)
Бесцветный, дымчатый,
стекловидный,
гигантозернистый
Кварцевые жилы № 191, 192, 414, 2136
Кварцевые жилы П-3, П-21, П-88
Кварцевая жила № 101
Кварцевая жила № 3, Щербаковская
рый зафиксирован в пределах Уфалейского метаморфического комплекса в докембрии, в карельскую эпоху текто-но-магматической активизации.
Слюдяногорский минералого-технологический тип
жильного кварца является результатом собирательной перекристаллизации с укрупнением зерна ранних прожилков метаморфической дифференциации, располагающихся в долгоживущей Слюдяногорской шовной зоне, заложенной в конце среднего рифея в результате процессов рифтогенеза (гренвильская эпоха складчатости - 1000 ± 50 млн лет). В результате собирательной перекристаллизации в условиях высокотемпературной амфиболитовой фации в зонах ультраметаморфизма при температурах 650-800 °С, при относительно высоком давлении (6-10 кбар) образуется кварц гетеробластового, средне, -крупнозернистого строения, который претерпел высокотемпературный отжиг (а-в переход), образование трещин «сотового» кварца (рис. 2).
Кварцево-жильные образования, сложенные метасо-матическим мелкозернистым жильным кварцем уфалейского типа, приурочены к Слюдяногорско-Теплогорской шовной зоне, и их метасоматический генезис связан с альбититами и ураноносными карбонатитами докембрий-ского возраста (байкальская эпоха складчатости), которые формировались в абиссальных условиях [14]. Наиболее характерной генетической особенностью данной разновидности кварца является полигенный характер его образования, фиксируемый по неоднородному строению агрегата, сформированного под влиянием нескольких последующих этапов геологического развития Уфалейского метаморфического комплекса во время венд-палеозойских преобразований. Для данного типа вторично-зернистого кварца нельзя применять термин «гранулирован-
ный кварц», так как механизм образования зерен первоначально метасоматический (гранобластовая структура), с последующим метаморфогенным преобразованием. Целесообразно данный тип структур кварца уфалейского типа называть гетерогранобластовой. Высокобарические (Р = 6-9 кбар) и высокотемпературные (Т = 550-650 °С) условия (рис. 2) обусловили высокую степень прозрачности кварца (Т% = 50-75 %), низкие значения потерь при прокаливании (П.п.п. = 0,007 %) и относительно невысокое содержание микропримесей: А1 = 56 ррт.
Микро-, тонкозернистый кварц егустинского типа относится к относительно высокотемпературному (Т = 500-650 °С) метасоматическому кварцу (рис. 2), который развивается только по ранее образованным разновидностям кварца слюдяногорского и уфалейского типов в условиях высокого давления (Р > 6 кбар). Жилы с микро-, тонкозернистым кварцем развиты в центральных частях Уфалейского метаморфического комплекса. Этот тип кварца генетически связан с развитием поздних редкометалль-ных и редкоземельных карбонатитовых метасоматитов с апатитом, так называемых «нельсонитов». Высокая фто-ристость растворов привела к очищению зерен кварца от включений и к образованию особо чистого кварца, сделала его льдистоподобным. Светопропускание в этом кварце 68-92 %, он характеризуется более низким содержанием структурной примеси алюминия 15-35 ррт.
Слюдяногорский, уфалейский и егустинский минера-лого-технологический типы жильного кварца были образованы в докембрии в гнейсово-амфиболитовой толще в абиссальных, низкоградиентных условиях на глубинах более 20 км, что обусловило их высокобарические и высокотемпературные условия образования и преобразования (рис. 2).
Рисунок 1. Распределение генотипов жильного кварца в пределах Уфалейского кварценосного района по материалам кварце-метрической съемки (Савичев, 2005) [3]. Геологическая основа - фрагмент геологической карты N-41-1 (Кузнецов и др., 2008) [15]. 1 - тонкозернистый егустинский тип; 2 - мелкозернистый уфалейский тип; 3 - гранулированный кыштымский тип; 4 - гетерограно-бластовый, перекристаллизованный слюдяногорский тип; 5 - шестоватый кварц жил выполнения, щербаковский и пугачевский типы; 6 - эталонные кварцевые жилы, их номера и названия.
Figure 1. The genotype distribution of vein quartz within the Ufaley quartziferous district according to the quartz-metric shooting (Savichev, 2005) [3]. The geological base is a fragment of the geological map N-41-1 (Kuznetsov and others, 2008) [15].
10 Р, кбар
Рисунок 2. РТ-условия формирования природных кварце-во-жильных образований различного генезиса. Диаграмма составлена с использованием материалов [3, 12]. 1 - поле развития метаморфогенных кварцевых жил перекристаллизации (слюдяногорский тип); 2 - поле образования гидротермально-ме-тасоматических кварцевых жил (уфалейский тип); 3 - поле формирования гидротермально-метасоматических кварцевых жил (егус-тинский тип); 4 - поле образования жил выполнения раннекол-лизионного этапа (пугачевский тип); 5 - поле метаморфогенного, вторичнозернистого, гранулированного кварца (кыштымский тип). Показаны точки измеренных температур газово-жидких включений в гранулированном кварце; 6 - поле стекловидного кварца позд-неколлизионного этапа (щербаковский тип); 7 - поле образования хрусталеносных гнезд; 8 - изолинии предельного насыщения кварца структурным алюминием (ppm); 9 - граница перехода а-р модификаций кварца.
Figure 2. PT-conditions of formation of natural quartz-vein formations of various genesis. The diagram is compiled using materials [3, 12].
Типовым представителем геологических образований, сложенных кварцем уфалейского типа, является кварцевая жила № 175 (рис. 3). Эта жила является уникальной по размерам и запасам жильного кварца. Жила располагается в пределах уфалейской свиты в мигмати-зированных биотит-амфиболовых гнейсах и не является монолитным кварцевым телом. Залегание с вмещающими породами субсогласное. Азимут простирания жилы 45°, азимут падения - 135°, азимут склонения - 170°, угол падения - 42°. Длина по простиранию 318 м, по склонению 350 м, максимальная мощность 17,5 м (Евстропов, 1995; Савичев, 2005).
Описание кварцевой жилы № 175 и кварца уфалейского типа имеется в работах Г. Н. Вертушкова и др. [1], Л. Е. Серковой [7], А. А. Евстропова и др. [13], А. Н. Савичева [3], В. Н. Огородникова и др. [4, 5], Ю. А. Поленова [6], М. А. Игуминцевой [8], А. И. Белковского [9], Е. Л. Котовой [14] и других исследователей.
В. И. Якшин [16] впервые обратил внимание на особенность жильного кварца жилы № 175, которая заключается в неоднородном строении агрегата, выраженном в наличии двух групп зерен: крупных реликтовых участков, как он считал, исходного индивида и новообразованного тонкозернистого (гранулированного) агрегата. Новообразованный гранулированный агрегат характеризуется размерами гранул 0,05-0,4 мм (в среднем 0,2 мм) и извилистыми (зубчатыми) границами зерен. Такие границы образуются при метасоматозе, не как при грануляции, поэтому отнесение этого типа кварца к гранулированному было ошибочным.
Неравномерную зернистость уфалейского кварца подтвердили и М. А. Игуменцева [8] и Е. Л. Котова [14].
Кварц жилы № 175 представлен до 20-35 % зернами размером 2-5 мм, до 60-80 % зернами размером 0,1-0,4 мм. Следует отметить, что хотя количество крупных зерен невелико, площадь и доля их сечений довольно значительна.
По данным Л. Е. Серковой [7], изучение неупорядоченного строения кварца ИК-спектроскопией в области 400-1500 см-1 показало, что наиболее совершенной кристаллической структурой обладает кварц тонко-мелкозернистой структуры. Это подтверждается наиболее высокими значениями индекса раскристаллизации (КИК = 7,5-9,1) и общим характером ИК-спектров области 400-1500 см-1. Из этого делается вывод, что тонко-мелкозернистый кварц является первичным кварцем и его решетка находится в относительно стабильном состоянии.
Детальное изучение строения и минерального состава жилы № 175, выполненное авторами, показало, что этот жильный кварц может служить типоморфным кварцем уфалейского типа. Наиболее характерной структурной особенностью данной разновидности кварца является неоднородное строение агрегата, сформированное под влиянием двух тектоно-магматических этапов, выраженное наличием нескольких групп гранул: тонко-мелкозернистых грануломорфных участков исходных индивидов метасоматических тел замещения и новообразованных метаморфогенных, средне- и крупнозернистых гранул, являющихся результатом процессов перекристаллизации нового этапа метаморфогенно-метасоматических преобразований (рис. 4).
Сложность онтогении кварца уфалейского типа объясняется полигенностью и полихронностью генезиса
Рисунок 3. Кварцевая жила № 175 Кыштымского месторождения гранулированного кварца [12]. 1 - рыхлые покровные отложения; 2 - гнейсы биотит-амфиболовые; 3 - гранито-гнейсы; 4 - граниты; 5 - пегматит; 6 - слюдит; 7 - гранулированный кварц; 8 - контур проекции жилы; 9 - изогипсы подошвы жильного тела (относительные глубины залегания, м); 10 - направление склонения жилы; 11 - линии разведочного бурения; 12 - скважины.
Figure 3. Quartz vein no. 175 of the Kyshtymsky deposit of granulated quartz [12].
0
100
200
300
500
600
700
Т, оС
7
8
9
Рисунок 4. Грануломорфный тонко-, среднезернистый кварц (уфалейского типа). Кыштымское месторождение, жила 175. На врезке полированная пластина, натуральная величина.
Figure 4. Granulomorphous thin, medium-grained quartz (ufaley type). Ky-shtym field, vein 175. On the inset one can see a polished plate, full size.
жильных тел. По наблюдениям авторов, кварцевая жила № 175 формировалась в долгоживущей Слюдяногорско-Теплогорской шовной зоне, в гнейсах и амфиболитах, насыщенных метаморфогенными кварцевыми жилами и прожилками метаморфической дифференциации, в ряде мест среди кварцевых жил перекристаллизации слюдяно-горского типа. Образование самого кварца уфалейского типа, как представляется, генетически связано с обширным силикатным метасоматозом, связанным с альбитита-ми и карбонатитами докембрийского возраста. По времени формирования кварц уфалейского типа, в том числе и кварцевой жилы № 175, относится к кадомскому времени
- 643-525 млн лет. Перекристаллизация кварца связана с коллизионным метаморфизмом среднего палеозоя, становления щелочных гранитоидов и сиенитов Козловогор-ского комплекса (Огородников и др., 2014, 2016).
Кварц уфалейского типа в образцах молочно-белого цвета, в свежем сколе со светло-серым оттенком, за счет большого количества полупрозрачных перекристаллизованных зерен кварца на общем фоне мелкозернистого кварца белого цвета.
Для данного типа вторично-зернистого кварца нельзя применять термин «гранулированный кварц», так как механизм образования зерен первоначально метасомати-ческий (гранобластовая структура), в последующем ме-таморфогенный, с образованием отдельных зерен перекристаллизации, порфиробласт на фоне мелкозернистой основной массы. Целесообразно данный тип структур кварца уфалейского типа называть грануломорфным.
Грануломорфный кварц этих жил обладает рядом свойств, положительно выделяющих его среди других субформаций кварца. К таким свойствам относятся высокий коэффициент светопропускания (Т % = 75-90 %), низкие значения потерь при прокаливании, отношения влага-газ, что связано с незначительным содержанием в нем газово-жидких включений. В то же время кварцево-жильные тела уфалейского типа содержат большое количество реликтов карбонатитов, альбититов и секущих даек (рис. 5) палеозойских раннеколлизионных плагио-гранитов Нижнеуфалейского комплекса, которые значительно ухудшают качество жильного кварца, требуя более сложных схем обогащения.
В южном выклинивании гранитного тела Козлиных гор выявлены щелочные граниты с эгирином, рибекитом и астрофиллитом [9, 17]. В северо-восточной части Уфа-лейского блока картируются тела щелочных биотит-маг-нетитовых гнейсовидных лейкогранитов. Сиенитовый комплекс, представленный граносиенитами, кварцевыми сиенитами, сиенит-пегматитами и лейкократовыми маг-
Погоризонтные планы жилы № 175 Кыштымского месторождения гранулированного кварца
С А
О
Часть жилы, отработанная открытым способом
Гор. 346 м. Геологическая схема
1 WJ
2 Kv I
Рисунок 5. Погоризонтные планы отработки жилы № 175 и геологическая схема гор. 346 м. 1 - реликты карбонатитов в кварце; 2 - апатит-амфиболовые метасо-матиты (нельсониты); 3 - микроклиновые пегматоидные сиениты Козловогорского комплекса; 4 - плагиограниты серого цвета нижнеуфалейского комплекса; 5 - лейкокра-товые плагиограниты белого цвета Кизильского комплекса.
Figure 5. Horizon-oriented plans for the mining veins no. 175 and geological scheme of the horizon 346 m.
Рисунок 6. Наложение рутил-амфиболовых нельсонитов (4) (на врезке хорошо видны кристаллы апатита и рутила) на ильмено-рутиловые (2), карбонатиты (1) с образованием кварцевых жил егустинского типа (3).
Figure 6. Overlay of the rutile-amphibole nelsonites (4) (in the inset the crystals of apatite and rutile are clearly visible) on the il'meno-rutile (2) and on the carbonatites (1) with the formation of quartz veins of the yegustinsky type (3).
Рисунок 7. Развитие высокопрозрачного, тонкозернистого, льдистоподобного кварца егустинского типа (2) по грануло-морфному кварцу уфалейского типа (1). Видны реликты кар-бонатитов (темные). Карьер по отработке жилы № 175, Кыш-тымское кварцево-жильное месторождение.
Figure 7. Highly transparent, very fine grained, ice-like quartz of the yegustinsky type (2) after the granulamorphous quartz of the ufaley type (1). Visible relics of carbonatites (dark). Open pit mining of a vein no. 175, Kyshtym quartz-vein deposit.
нетитовыми гранитами в шовных зонах, накладывается на ранние щелочно-гранитные образования среднерифей-ского возраста. Возраст Козловогорского комплекса, определенный по биотиту из габбро Лг-Лг-методом, составил 457,8 ± 5,8 млн лет, определение цирконов из гранитов и-РЬ-методом дает результат в узком интервале 449-480 млн лет [18]. Абсолютный возраст лейкогранитов, нефелиновых и известково-щелочных сиенитов, по ранним работам - 450-396 млн лет и связанных с ними метасоматитов -354-396 млн лет [9, 18-20], свидетельствует о формировании их во время начальной океанической стадии и преобразованиях во время последующих раннеколлизионных процессов.
С сиенитами и нефелиновыми сиенитами связана колумбит-пирохлор-цирконовая минерализация. В сиенитах небольшие содержания КЬ205 (0,054 %) и Та205 (0,00184 %) фиксируются в альбитизированных и оквар-цованных разностях. Содержание 7г в них 0,18-0,3 %. Максимальные содержания циркона в биотитовых сиенитах 5,6 кг/т. В нефелиновых сиенитах содержание ^205 -0,028-0,070 %, Та205 - 0,00138-0,00359 %, 7г - 0,036 - 0,080 %. Минералы-концентраторы Та и КЬ - колумбит, пиро-хлор, ильменорутил. Содержание Та205 в пирохлоре 0,5 % и в ильменорутиле 0,3-0,7 %; КЬ205 в ильменорутиле 8-15 %. Кроме танталита, колумбита и циркона в сиенитах и нефелиновых сиенитах находятся торит, ортит, сфен (Зо-лоев и др., 2004).
Дальнейшее развитие щелочного процесса сопровождалось перекристаллизацией ранних карбонатитов с образованием кальцит-доломитовых, анкеритовых разностей, сопровождаемых кристаллизацией крупных кристаллов ильменорутила, рутила, титанита, магнетита, апатита и редкоземельных минералов - пирохлора, У-ко-лумбита, радиально-лучистого циркона, ксенотима и новообразованного иттроэпидота, которые локализуются чаще всего уже в кварцевых телах уфалейского типа, реже в карбонатитах (рис. 5).
Данный процесс протекает во фторотипной среде, о чем свидетельствует образование своеобразных мета-соматитов - нельсонитов, с широким развитием апатита во вмещающих карбонатитах и метасоматитах. Термин «нельсонит» впервые был употреблен Уотсоном в 1907 г. как название своеобразной горной породы из округа Нельсон штата Виргиния, США, состоящей преимущественно из ильменита - 58 %, апатита - 31 %, рутила - 9 %. По минеральному составу выделены следующие разности нельсонитов: ильменит-нельсонит (ильменит, апатит, небольшое количество силикатов); рутил-нельсонит (рутил, апатит); биотит-нельсонит (ильменит, магнетит, биотит, апатит); амфибол-нельсонит (ильменит, амфибол, апатит). Нельсониты встречаются в виде узких жил и линз среди сиенитовых и монцонитовых гнейсов. Распределение минералов в породе неравномерное, гнездообраз-ное. Содержание рутила достигает 16 %, апатит образует крупные кристаллы.
В настоящее время нельсониты встречены во всех карьерах по отработке наиболее продуктивных кварцевых жил (191, 175, 179, Беркутинская, 2136 и др.). Нельсони-ты образуются после альбититов и карбонатитов (рис. 6), генетически связанных со щелочными, микроклиновыми гранитоидами и граносиенитами Козловогорского комплекса и отчетливо накладываются и секут кварцевые жилы уфалейского типа.
Фторотипные растворы, промывая кварц уфалей-ского типа, очищают его от примесей, формируя мелко- и тонкозернистый, «льдистый» метасоматический кварц егустинского типа (жилы 191, 192, 413, 414 и др). На Кузнечихинском месторождениии объем кварцевых жил, сложенных егустинским кварцем, составляет более 80 %, что делает эти жилы более привлекательными в практическом отношении. При проработке плавиковой кислотой в кварце уфалейского типа появляется обилие микродефект-каналов [9], значительно реже появляются поноры и трубообразные каналы. Промывка первичного
Рисунок 8. Метасоматический тонкозернистый кварц егус-тинского типа. Жила № 414, полированная пластина, натуральная величина. На врезке шлиф У-23-3 с анализатором, увел. 24Х.
Figure 8. Fine-grained metasomatic quartz of the yegustinsky type. Vein no. 414, polished plate. Full size. In the inset one can see a pull-out cone У-23-3 with the analyzer. 24X increase.
кварца приводит к удалению из кварца микропримесей, что значительно увеличивает степень прозрачности кварца (коэффициент светопропускания) с 50-75 % (уфалей-ский кварц) до 68-91,2 % (егустинский кварц).
Самостоятельные тела, полностью сложенные кварцем егустинского типа, не встречены. Кварц этого типа образуется метасоматическим путем при процессах кислотного (фтористо-водородного) выщелачивания кварца уфалейского типа (рис. 7).
Такое преобразование приводит к образованию льдистоподобного, особо чистого по содержанию структурных и минеральных примесей егустинского кварца. Егустинский кварц представлен тонкозернистым мета-соматическим кварцем с высокой прозрачностью (рис. 8). Значительные объемы кварца уфалейского типа были превращены в кварц егустинского типа. Переход от одного типа кварца в другой проходит без резких границ, но в то же время зона перехода маломощная. Исследование образцов кварца жилы № 175 методами ИК-спек-троскопии (Серкова, 1990) показало повышенное вхождение в кварц фтористо-водородных соединений, что можно объяснить влиянием нельсонитов, богатых фтор-содержащими минералами.
При замещении кварцем егустинского типа уфалей-ский кварц приобретает светло-дымчатую окраску. При интенсивном развитии егустинского кварца цвет уфалейского кварца становится дымчатым.
Жилы с микро-, тонкозернистым кварцем егустинского типа развиты в центральных частях Уфалейского метаморфического комплекса (рис. 1). Кварц егустинского типа образуется при относительно высоких температурах (Т = 500-650 °С) и давлении (Р > 6 кбар) путем метасо-матического замещения кварца слюдяногорского и уфа-лейского типов, реже образуя небольшие тела собственно егустинского типа. Такие термодинамические условия и высокая фтористость растворов привели к очищению зерен кварца от включений и к образованию особо чистого
кварца, сделали его льдистоподобным. Светопропускание в этом кварце 68-92 %, и он характеризуется более низким содержанием примеси алюминия 15-35 ррт.
Аналогичный льдистоподобный кварц закартиро-ван и изучен в телах жадеитов и альбититов в Западных Саянах, в районе хр. Борус [21, 22] и в жадеитовых породах Итмурундинского месторождения [23]. В центральных частях альбититовых тел встречен своеобразный «гранулированный» (льдистый) и «сахаровидный» кварц, слагающий быстро выклинивающиеся линзы от нескольких сантиметров до 1 м в поперечнике [21]. В крупных глыбах кварц полупрозрачен, голубоватого оттенка, напоминает глыбы льда. Результаты термоба-рогеохимических исследований показали, что образование данного типа кварца проходило при температуре 450-500 °С и давлении 4,5-8 кбар в условиях снижения температуры и в большей мере давления. Гранулированный кварц ассоциирует с альбититами и альбит-жадеи-товыми породами, формирование которых происходило при температуре 600 °С и давлении более 10 кбар [22].
В заключение подчеркнем, что кварцево-жильные образования, сложенные метасоматическим мелкозернистым жильным кварцем уфалейского типа с наложенным егустинским, приурочены к Слюдяногорско-Тепло-горской шовной зоне и их метасоматический генезис связан с альбититами, редкоземельными карбонатитами и нельсонитами докембрийского возраста. На определенном этапе метасоматического процесса наблюдается переход от «щелочного, натрового» к кремнекислотному метасоматозу, свойственному заключительным стадиям процесса. При этом под термином «кислотный» подразумевается не столько привнос ЗЮ2, сколько резкое понижение потенциала Ма20 и возникновение соответствующих парагенезисов. Одновременно происходит привнос ЗЮ2, вплоть до полного замещения альбита ме-тасоматическими телами кварца.
Для данного типа зернистого кварца нельзя применять термин гранулированный кварц, так как механизм образования зерен - первоначально метасоматический (гранобластовая структура) с последующим метамор-фогенно-метасоматическим преобразованием. Целесообразно данный тип структур кварца уфалейского типа называть гетеробластовым. Высокобарические (Р = 6-9 кбар) и высокотемпературные условия (Т = 550-650 °С) образования кварца обусловили высокую степень его прозрачности (Т% = 50-92 %), низкие значения потерь при прокаливании (П.п.п. = 0,007 %) и содержание структурного алюминия А1ср = 15-56 ррт.
Работа выполнена в рамках Программ фундаментальных исследований по госзаданию ФАНО по теме 0393-20180031, руководитель доктор геол.-минерал. наук А. Ю. Кисин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вертушков Г. Н., Дроздов В. П., Кейльман Г. А. и др. Геология метаморфогенных месторождений гранулированного кварца // Геология метаморфических комплексов: межвуз. науч. темат. сб. Свердловск: СГИ, 1980. Вып. VIII. С. 3-25.
2. Мельников Е. П., Мельникова Н. И. Закономерности размещения гранулированного кварца в южной части Уфалейского антиклинория // Жильный кварц восточного склона Урала. Свердловск, 1970. С. 41-50.
3. Савичев А. Н. Уфалейский кварцево-жильный район (закономерности размещения кварца различных генетических типов, ми-нералого-технологическое картирование и прогноз): автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Екатеринбург: УГГУ, 2005. 24 с.
4. Огородников В. Н., Сазонов В. Н., Поленов Ю. А. Минерагения шовных зон Урала. Ч. 3. Уфалейский гнейсово-амфиболитовый
комплекс (Южный Урал). Екатеринбург: Ин-т геологии и геохимии УрО РАН; УГГУ, 2007. 187 с.
5. Огородников В. Н., Коротеев В. А., Поленов Ю. А. и др. Золоторудная, редкометальная и хрусталеносная минерализация месторождений Урала кварцево-жильного типа. Екатеринбург: УрО РАН; УГГУ, 2014. 312 с.
6. Поленов Ю. А. Эндогенные кварцево-жильные образования Урала. Екатеринбург: УГГГА, 2008. 271 с.
7. Серкова Л. Е. Типоморфные особенности жильного безрудного кварца (по данным ИК- и ЭпР-спектроскопии): дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Свердловск, 1990. 206 с.
8. Игуменцева М. А. Кварц Кыштымского и Кузнечихинского месторождений: состав, технологические свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 2012. 166 с.
9. Белковский А. И. Геология и минералогия кварцевых жил Кыш-тымского месторождения (Средний Урал). Миасс: Ин-т минералогии УрО РАН, 2011. 234 с.
10. Вертушков Г. Н., Борисков Ф. Ф., Емлин Э. Ф., Синкевич Г. А., Соколов Ю. А., Суставов О. А., Якшин В. И. Жильный кварц восточного склона Урала // Труды СГИ. Свердловск. 1970. Т. 2. Вып. 66. С. 82-99.
11. Емлин Э. Ф., Синкевич Г. А., Якшин В. И. Жильный кварц Урала в науке и технике. Свердловск, 1988. 272 с.
12. Мельников Е. П. Геология, генезис и промышленные типы месторождений кварца. М.: Недра, 1988. 216 с.
13. Евстропов А. А., Бурьян Ю. И., Кухарь Н. С. и др. Жильный кварц Урала в науке и технике: Геология основных месторождений кварцевого сырья. М.: Недра, 1995. 207 с.
14. Котова Е. Л. Онтогенический анализ жильного кварца Кыштым-ского района для оценки качества кварцевого сырья: дис. . канд. геол.-минерал. наук. СПб., 2014. 120 с.
15. Кузнецов Н. С., Пужаков Б. А., Шох В. Д. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:200000. Сер. Южно-Уральская, лист N-41-I (Кыштым). Челябинск, 2008. 320 с.
16. Якшин В. И. Гранулированный кварц - новый вид минерального сырья: дис. д-ра геол.-минерал. наук. Свердловск, 1975. 232 с.
17. Кейльман Г. А. Мигматитовые комплексы подвижных поясов. М.: Недра, 1974. 200 с.
18. Шардакова Г. Ю., Савельев В. П., Пужаков Б. А., Петров В. И. Новые данные о химическом составе и возрасте пород козлино-горского комплекса // Ежегодник-2014. 2015. Вып. 162. С. 148-154.
19. Левин В. Я. Щелочно-карбонатитовые комплексы Урала. Екатеринбург, 1997. 271 с.
20. Ферштатер Г. Б., Шардакова Г. Ю., Краснобаев А. А. и др. Rb-Sr и цирконовый U-Pb возраст Каменского мигматит-плутона (Средний Урал) // Ежегодник-2006. 2007. С. 200-206.
21. Добрецов И. Л. Минералогия, петрография и генезис гиперба-зитов, жадеититов и альбититов хр. Борус (Западный Саян) // Труды ИГиГ СО АН СССР: материалы по генетической и экспериментальной минералогии. 1963. Вып. 15. Т. 1. С. 242-320.
22. Томилина А. А., Долгов Ю. А. Условия образования «гранулированного кварца хребта Борус (Западные Саяны) // ДАН СССР, 1978. Т. 242, № 5. С. 1173-1176.
23. Бушев А. Г., Поленов Ю. А., Аеров Г. Д. Условия формирования эндогенных месторождений жадеита // Изв. УГИ. Сер. «Геология и геофизика». 1993. Вып. 2. С. 115-123.
Поступила 15 ноября 2017 г.
DOI 10.21440/2307-2091-2018-1-23-32
Extra pure quartz of the Ufaleysky quartziferous district (Southern Urals)
Vitaliy Nikolaevich Ogorodnikov, Yuriy Alekseevich Polenov, Aleksandr Nikolaevich Savichev
fgggi@ursmu.ru
Ural State Mining University
Ekaterinburg, Russia
The urgency of the problem is conditioned by the necessity for a considerable specification of the notion "extra pure quartz" which is used to mean a sort of mineral raw materials.
The purpose of the work: to study in detail the genesis of the ufaley and yegustin types, which are of great interest as a raw material for obtaining quartz concentrates of a high quality. This should be taken into account while developing the rational systems of working the quartz objects through and the application of the concentration schemes. Methodology of the research: the detailed study of geochemical, geological and age-specific parameters of the quartz bodies, which are composed with the vein quartz of ufaley type, yegustin type and other types as well.
Results. The quartz-vein formations of the Ufaley quartz-bearing region are the result of long and complex processes of the Ufaley gneiss-amphibolite complex formation. Multistage formation of complexes causes the combination of different types of quartz veins, which belong to different age families, in the same zone. We have identified quartz-vein formation of the following genetic types: metamorphic differentiation, slyudyanogorsky, ufaley, yegustinsky, kyshtym, pugachevsky and shcherbakovsky. The quartz-vein formations, which are made up of fine-grained metasomatic vein quartz of the Ufaley type with the superimposed yegustinsky type are confined to the Slyudyanogorskaya-Teplogorskaya suture zone. Their metasomatic genesis is associated with albitites, rare-earth carbonatites and nelsonite of the Precambrian age. Summary. For the vein quartz of the ufaley and yegustinsky types, it is impossible to apply the term "granular quartz". The quartz of the kyshtym type can be called such since the mechanism of the granules formation is initially metasomatic with the subsequent metamorphic and metasomatic transformation. High-pressure and high-temperature conditions of formation of quartz have led to a high degree of transparency. Low values of loss on ignition and the content of structural aluminum have also taken place.
Keywords: ufaley type; yegustinsky type; Ufaley complex; quartz-vein formation; genetic type of quartz veins.
The work was performed within the framework of Programs of fundamental research on the state assignment of FANO (Russia) on the subject 0393-2018-0031, scientific advisor - Doctor of geological and mineralogical sciences A. Yu. Kisin.
REFERENCES
1. Vertushkov G. N., Drozdov V. P., Keilman G. A., and others. 1980, Geologiya metamorfogennykh mestorozhdeniy granulirovannogo kvartsa [Geology metamorphic deposits of granulated quartz]. Geologiya metamorficheskikh kompleksov: mezhvuz. nauch. temat. sb. [Geology of metamorphic complexes: interuniversity collection], Sverdlovsk, Vol. VIII, pp. 3-25.
2. Mel'nikov E. P., Mel'nikova N. I. 1970, Zakonomernosti razmeshcheni-ya granulirovannogo kvartsa v yuzhnoy chasti Ufaleyskogo antiklinoriya [Distribution patterns of granular quartz in the southern part of the Ufaley anticlinorium]. Zhilnyy kvarts vostochnogo sklona Urala [Veined quartz on the eastern slope of the Urals], Sverdlovsk, pp. 41-50.
3. Savichev A. N. 2005, Ufaleyskiy kvartsevo-zhilnyy rayon (zakonomernosti razmeshcheniya kvartsa razlichnykh geneticheskikh tipov. mineralogo-tekhnologicheskoye kartirovaniye i prognoz): avtoref. dis. ... kand. geol.-mineral. nauk [An Ufaley quartz vein district (patterns of quartz of different genetic types, mineralogical-technological mapping and prediction): abstract of the dissertation of the Candidate of geological and mineralogical sciences]. Ekaterinburg, 24 p.
4. Ogorodnikov V. N., Sazonov V. N., Polenov Yu. A. 2007, Minerageni-ya shovnykh zon Urala. Ch. 3. Ufaleyskiy gneysovo-amfibolitovyy kom-pleks (Yuzhnyy Ural) [Mineralogy of the suture zones of the Urals. Part 3. Ufa gneiss-amphibolite complex (South Ural)]. Ekaterinburg, 187 p.
5. Ogorodnikov V. N., Koroteyev V. A., Polenov Yu. A. and others. 2014, Zolotorudnaya, redkometalnaya i khrustalenosnaya mineralizatsiya
mestorozhdeniy Urala kvartsevo-zhil'nogo tipa [Gold, rock crystal and rare metal kinds of mineralization the deposits of the Urals quartz-vein type]. Ekaterinburg, 312 p.
6. Polenov Yu. A. 2008, Endogennyye kvartsevo-zhilnyye obrazovaniya Urala [Endogenous quartz-vein formations of the Urals]. Ekaterinburg, 271 p.
7. Serkova L. Ye. 1990, Tipomorfnyye osobennosti zhilnogo bez-rudnogo kvartsa (po dannym IK- i EPR-spektroskopii): dis. ... kand. geol.-mineral. nauk [Typomorphic peculiarities of ore veins of quartz (according to IR- and EsR-spectroscopy): dissertation of candidate of geological and mineralogical sciences]. Sverdlovsk, 206 p.
8. Igumentseva M. A. 2012, Kvarts Kyshtymskogo i Kuznechikhinsko-go mestorozhdeniy: sostav, tekhnologicheskiye svoystva [Quartz of the Kyshtym and Kuznechikhinskaya fields: composition, technological properties]. Eekaterinburg, 166 p.
9. Belkovsky A. I. 2011, Geologiya i mineralogiya kvartsevykh zhil Kyshtymskogo mestorozhdeniya (Sredniy Ural) [Geology and mineralogy of quartz veins Kyshtymsky deposit (the Middle Urals)]. Miass, 234 p.
10. Vertushkov G. N., Boriskov F. F., Yemlin E. F. Sinkevich G. A., Sokolov Yu. A., Sustavov O. A., Yakshin V. I. 1970, Zhilnyy kvarts vostochnogo sklona Urala [Veined quartz on the eastern slope of the Urals]. Trudy SGI [Works of the Sverdlovsk Mining Institute]. Sverdlovsk. Vol. 2, Vol. 66, pp. 82-99.
11. Emlin E. F. Sinkevich G. A., Yakshin V. I. 1988, Zhilnyy kvarts Urala v nauke i tekhnike [Veined quartz of the Urals in science and technology]. Sverdlovsk, 272 p.
12. Mel'nikov Ye. P. 1988, Geologiya, genezis i promyshlennyye tipy mestorozhdeniy kvartsa [Geology, genesis and industrial types of quartz deposits]. Moscow, 216 p.
13. Evstropov A. A., Buryan Yu. I., Kukhar' N. S. and others. 1995, Zhilnyy kvarts Urala v nauke i tekhnike: Geologiya osnovnykh mestorozhdeniy kvartsevogo syr'ya [Vein quartz of the Urals in science and technology: Geology of the main deposits of quartz raw materials]. Moscow, 207 p.
14. Kotova Ye. L. 2014, Ontogenicheskiy analiz zhilnogo kvartsa Kyshtymskogo rayona dlya otsenki kachestva kvartsevogo syria: dis. ... kand. geol.-mineral. nauk [The ontogenic analysis of vein quartz of the Kyshtymsky area for an assessment of quality of quartz raw materials: dissertation of Candidate of geological and mineralogical sciences]. St. Petersburg, 120 p.
15. Kuznetsov N. S., Puzhakov B. A., Shokh V. D. and others. 2008, Gosudarstvennaya geologicheskaya karta Rossiyskoy Federatsii masshtaba 1:200000. Ser. Yuzhno-Uralskaya. list N-41-I (Kyshtym) [State geological map of the Russian Federation, scale 1:200000. Ser. South Ural, sheet N-41-I (Kyshtym)]. Chelyabinsk, 320 p.
16. Yakshin V. I. 1975, Granulirovannyy kvarts - novyy vid mineral'no-go syria: dis. d-ra geol.-mineral. nauk [Granular quartz. A new kind of mineral raw materials: dissertation of Doctor of geological and mineralogical sciences]. Sverdlovsk, 232 p.
17. Keilman G. A. 1974, Migmatitovyye kompleksy podvizhnykh poyas-ov [Migmatite complexes of mobile belts], Moscow, 200 p.
18. Shardakova G. Yu., Savelyev V. P., Puzhakov B. A., Petrov V. I. 2015, Novyye dannyye o khimicheskom sostave i vozraste porod Kozlinogorskogo kompleksa [New data on the chemical composition and age of the Kozlinogorsky complex rocks]. Ezhegodnik-2014 [Year-book-2014], vol.162, pp. 148-154.
19. Levin V. Ya. 1997, Shchelochno-karbonatitovyye kompleksy Urala [Alkaline-carbonatite complexes of the Urals]. Ekaterinburg, 271 p.
20. Ferschtater G. B., Shardakova G. Yu., Krasnobayev A.A. and others. 2007, Rb-Sr i tsirkonovyy U-Pb vozrast Kamenskogo mig-matit-plutona (Sredniy Ural) [Rb-Sr and zirconium U-Pb age of the Kamensky migmatite-Pluto (Middle Ural)]. Ezhegodnik-2006 [Yearbook 2006], pp. 200-206.
21. Dobretsov I. L. 1963, Mineralogiya. petrografiya i genezis giperba-zitov. zhadeititov i albititov khr. Borus (Zapadnyy Sayan) /Mineralogy, petrography and Genesis of hyperbasites, jadeites and albitites of the Borus mountain ridge (Western Sayan)]. Trudy IGiG SO AN SSSR: ma-terialy po geneticheskoy i eksperimentalnoy mineralogii [Proceedings of the Institute of Geology and Geophysics of the Academy of Sciences of the USSR: materials on genetic and experimental Mineralogy], vol. 15, vo. 1, pp. 242-320.
22. Tomilin A. A., Dolgov Yu. A. 1978, Usloviya obrazovaniya granu-
lirovannogo kvartsa khrebta Borus (Zapadnyye Sayany) [Conditions for the formation of granulated quartz of the Borus mountain range (the West Sayan)], vol. 242, no. 5, pp. 1173-1176.
23. Bushev A. G., Polenov Yu. A., Ayerov G. D. 1993, Usloviya
formirovaniya endogennykh mestorozhdeniy zhadeita [Conditions of formation of endogenous deposits of jadeite]. Izv. UGI. Ser. "Geologiya i geofizika" [News of the Ural State Mining University. Series "Geology and Geophysics"], vol. 2, p. 115-123.
Received 15 November 2017
