Геология и структурные факторы локализации Уральских месторождений изумрудов в слюдитах

Актуальность работы. Уральские месторождения изумруда составляют уникальный изумрудоносный район, имеющий мировую известность. Несмотря на 175 — летний период эксплуатации они далеко не исчерпаны. В свое время академик А. Е. Ферсман уделял большое внимание геологическому изучению Изумрудных копей, считая их экономическое значение для страны очень весомым. Е. Я. Киевленко (1990, 2001), крупнейший специалист в области геологии драгоценных камней, рассматривал Уральские месторождения изумруда вслед за алмазами как важный потенциальный источник драгоценных камней самого высокого класса, имеющих для России большое экспортное значение. Стоимость изумрудов на мировом рынке постоянно растет.

Особенностью Уральских месторождений изумрудов, влияющей на стоимость геологоразведочных и эксплуатационных работ, является крайне неравномерный, гнездовый характер распределения изумрудов в жильных зонах месторождений, когда в 20% жильной массы сосредоточено более 80% изумрудов.

Изучение структурно-тектонических особенностей месторождений и закономерностей в локализации изумрудного кристаллосырья позволяет выйти на новые знания в области глубинного строения района и месторождений и прийти к новым открытиям на пути увеличения минерально-сырьевой базы драгоценных камней Уральской изумрудоносной полосы, повысить эффективность геологоразведочных работ, обеспечить локальное структурное прогнозирование участков с повышенным содержанием изумрудов при производстве ГРР и добычных работ.

Цель работы. Исследование геолого — структурных особенностей Уральских месторождений изумрудов в слюдитах для локального прогнозирования гнездовых скоплений изумрудов.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

• Уточнить структурные позиции и геологическое строение месторождений;

• Изучить морфокинематические особенности изумрудов и бериллов в слюдитах;

• Проанализировать распределение изумрудной минерализации в жильных зонах месторождений;

• Выполнить анализ бериллиеносности пород района УИП;

• Изучить малые структурные формы (сланцеватость, гофрировку, будинаж);

• Исследовать условия нахождения изумрудных гнезд.

Фактический материал. В основу диссертации положены личные наблюдения автора, которые он проводил в процессе геологического изучения Уральских месторождений изумрудов слюдитового типа в составе производственной геологической организации (1979 — 2002), проводившей тематические исследования, поисковые работы в Центральном рудном поле и на флангах Изумрудоносной полосы, поисково-оценочные и разведочные работы на проявлениях и месторождениях изумруда. При непосредственном участии в качестве ответственного исполнителя выполнены оценка и разведка трех месторожденийим. Крупской, Черемшанского, Шаг вплоть до утверждения запасов в ЦКЗ Мингео СССР (Роскомнедра). Был накоплен значительный фактический материал, частичное обобщение которого и выполнено в настоящей работе. Все наблюдения производились лично автором при производстве оценочных и разведочных работ в подземных и поверхностных горных выработках на Свердловском (Сретенском), Черемшанском, им. Крупской (Люблинском), Шаг месторождениях. Все рисунки в тексте выполнены автором. Аналитические исследования (раздел 4.5) проведены в Центральной лаборатории ПГО Уралгеология.

Защищаемые положения:

1. Особенности геологического строения Уральских месторождений изумрудов, морфологии изумрудов и бериллов в слюдитах, развитие малых структурных форм свидетельствуют о синтектоническом характере изумрудного минерагенеза в процессе пластического течения метаультрамафитов в условиях регионального субширотного горизонтального сжатия.

2. Участки высокой концентрации изумрудов (гнезда) образовались в условиях растяжения и падения давления как следствие трансформации региональных напряжений сжатия в локальные обстановки растяжения.

3. Исходя из представлений о метаморфогенно — гидротермальном с сопутствующим метасоматозом синтектоническом происхождении изумрудоносных слюдитов в процессе пластического течения пород предложены региональные и локальные прогнозно — поисковые признаки и предпосылки изумрудного оруденения.

Научная новизна. Сделан вывод о синтектоническом характере изумрудного минерагенеза в процессе пластического течения пород в условиях горизонтального субширотного сжатия. Установлена локализация гнездовых скоплений изумрудов в обстановках локального растяжения и падения давления. Впервые развивается представление о метаморфогенно-гидротермальном с сопутствующим метасоматозом генезисе Уральских месторождений изумрудов в слюдитах. Предложены региональные и локальные критерии изумрудоносности.

Практическое значение. Результаты исследования позволяют предложить две группы прогнозно-поисковые признаков и предпосылок изумрудного оруденения: региональные и локальные. Использование региональных признаков и предпосылок изумрудной минерализации при прогнозно — минерагенических построениях позволяет выделить перспективные на выявление месторождений изумрудов изумрудоносные районы. Применение локальных структурных признаков, нацеленных на выделение обогащенных изумрудами участков жильных зон месторождений, обеспечит повышение эффективности геологоразведочных и эксплуатационных работ.

Апробация диссертации. Основные положения исследований автора диссертации представлены в восьми окончательных производственных отчетах по поискам, оценке, разведке месторождений изумрудов, по тематическим работам, в докладах: на совещании «Прогнозирование, поиски и оценка месторождений пьезооптического и камнесамоцветного сырья» (Москва, ВИЭМС, 1985г) — на геологической конференции «Проблемы геологии и разведки месторождений полезных ископаемых» (Томск, ТПУ, 2005г) — на всероссийской научной конференции «Петрология магматических и метаморфических комплексов». (Томск, ТГУ, 2005г) — на второй научной конференции по геммологии (Томск, ТГУ, 2005г). По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 195 страниц состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 44 рисунка и 13 таблиц, включает приложение — реестр изумрудно-берилловых месторождений и проявлений УИП.

Заключение

.

Наиболее общим рудоконтролирующим фактором является приуроченность месторождений изумруда к сланцевому обрамлению древнего гнейсово-мигматитового комплекса, в пределах которого в нижнем палеозое были сформированы зоны тектонических нарушений, фиксируемые телами ультраосновного состава. Нарушения имеют субмеридиональное и северо-западное простирание и являются структурами мощного Асбестовско-Сусанского глубинного разлома, рассматриваемого как геологическая граница между крупными геоблоками Урала — Мурзинско — Адуйского кристаллического блока и Восточно — Уральской зоны.

Изумрудоносное оруденение концентрируется в пределах тел в разной степени метаморфизованных ультрамафитов, расположенных в экзоконтактовой части гранитов, осложняющих древний гнейсово-мигматитовый комплекс.

Минерализация изумрудов приурочена к слюдитовым жилам, залегающим чаще всего по контактам ультрамафитов с метапородами среднего состава, которые встречаются на всех изумрудных месторождениях, определяя структуру жильных зон и являясь источником бериллия. .

Для ультрамафитов, как единственно рудовмещающих минерализацию пород, характерны оливин и ромбический пироксен, замещаемые в процессе метаморфизма серпентином, тремолитом и тальком. Последующие минеральные ассоциации связаны с синдеформационным пластическим течением по линейным направлениям, образованным тектоническими нарушениями в массивных ультрамафитах, по зонам сдвиговых деформаций и по контактам ультрамафитов и диоритов (амфиболитов). Пластическое течение сопровождалось метасоматизмом, рекристаллизацией и минеральными новообразованиями. Эти ассоциации минералов создают зоны метасоматитов. Первая зона от массивных ультрабазитов представлена тальковыми сланцами, следующая — тальк-актинолитовой или актинолитовой породой, а приконтактовая с диоритами зона сложена флогопитовыми слюдитами.

Формирование месторождений слюдитового типа Уральской изумрудоносной полосы происходило в условиях регионального субширотного сжатия, сингенетичного с верхнепалеозойским метаморфизмом. Проходившая при этом дифференциация тектонических напряжений на поля сжатия — растяжения в условиях резкой анизотропии пород месторождений по физико — механическим свойствам привела к широкому развитию тектонических зон продольного сплющивания (чистого сдвига), скалывания и отрыва. По зонам сплющивания и скалывания развивались зоны рассланцевания с присущими им такими геологическими структурными формами, как сланцеватость, гофрировка, будинаж. Существует зависимость между степенью интенсивности тектонической проработки вмещающих пород и рудных тел и продуктивностью на изумруды. Наиболее высокопродуктивные рудные тела возникли в направлениях, перпендикулярных направлениям сжатия и совпадают с направлениями сдвиговой силы, отличаются широким развитием рассланцевания, гофрировки и структур будинажа, характеризуются изменением цвета, степени идиоморфизма, крупности чешуек флогопита, слагающего слюдитовые рудные тела. Все эти структуры возникли в процессе синдеформационного пластического течения рудовмещающего вещества (горных пород), характеризуемого как природная система с хаосом химического состава. В процессе пластического течения происходила мобилизация рудогенного вещества из метаультрамафитов и бериллия из пород метадиоритового ряда, и метасоматический рост минералов бериллиевой группы — бериллов и изумрудов. При этом темапература не оказывала влияния на порядок выделения минералов, которые кристаллизовались в едином достаточно широком температурном интервале зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций метаморфизма от 150 до 480°, а порядок кристаллизации определялся химическими и динамическими факторами.

Предложенная динамическая модель изумрудного минерагенеза объясняет образование участков повышенной концентрации изумрудов в слюдитовых жилах в обстановках растяжения и падения давления и тем самым создает предпосылки для локального структурного прогнозирования гнездовых скоплений изумрудного кристаллосырья.

В работе выполнены исследования морфологических особенностей плоских и объемных форм структур будинаж, выделены их морфогеометрические типы. Установлены зависимости между длиной и мощностью будин основных типов пород, имеющих рудовмещающее и рудоконтролирующее значение. Выделены три основных типа гнездовых скоплений изумрудов. На примере месторождения им. Крупской установлено погружение осей малых складок в южном направлении, и аналогичное погружение обогащенных изумрудами струй на поверхностях течения слюдитов.

Таким образом, установлены природные закономерности структурно-тектонического строения месторождений уральской изумрудоносной полосы, позволяющие проводить локальный структурный прогноз изумрудного оруденения при проведении оценочных и эксплуатационных работ.

Применение выявленных геолого — структурных закономерностей локализации участков повышенной концентрации изумрудного кристаллосырья позволит уже на ранних стадиях геологического изучения месторождений и проявлений поверхностным и горизонтальным подземным бурением в комплексе с анализом материалов дистанционного гамма-нейтронного каротажа скважин выконтуривать потенциально высокопродуктивные участки жил, жильных свит в пределах жильной зоны. Это существенно сократит затраты на валовое опробование из горных выработок, доля которого в общих затратах на оценку месторождений слюдитового типа достигает 70−80%.

Можно ожидать высокую экономическую эффективность применения выявленных геолого-структурных закономерностей локализации изумрудных гнезд также при производстве эксплуатационных работ на Уральских месторождениях изумруда слюдитового типа.

Природные особенности геологического строения и условия формирования Уральских месторождений наряду с анализом литературных источников по изумрудоносным районам мира позволяют предложить региональные критерии прогнозирования изумрудоносных районов.

Основным принципом регионального прогнозирования изумрудоносных районов предлагается выделение минерализованных бериллием площадей (объемов) недр, сложенных породами черносланцевой и офиолитовой формаций.

Вторым региональным прогнозно-поисковым признаком месторождений слюдитового типа в ультрамафитах являются региональные зоны смятия, развивающиеся на границах крупных геосегментов земной коры, в пределах которых фиксируются породы офиолитовой ассоциации с повышенными содержаниями бериллия.