Условия образования месторождений кварцевого сырья Южного Урала по результатам изучения флюидных включений и ИК-спектроскопии

Объект исследований. В статье приведены результаты изучения кварцевых жил, южноуральских месторождений кварцевого сырья – Светлореченское, Караяновское, Гора Хрустальная и Толстиха.

Методы. Петрографическое изучение кварца проведено на микроскопе Olympus BX51. Исследования флюидных включений в кварце выполнены в термокамере TMS-600 (Linkam) с программным обеспечением LinkSys V-2.39 с микроскопом для проходящего и отраженного света Olympus BX-51 (Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Миассе). Солевой состав растворов во включениях оценен по температурам эвтектики раствора во включениях. Концентрации солей в растворах рассчитывались по температурам плавления последних кристаллов льда. Регистрация инфракрасных спектров выполнена на инфракрасном фурье-спектрометре Nicolet-6700 Thermo Scientific (ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН, г. Миасс). Обработка спектров осуществлялась в программном пакете OMNIC Thermo Nicolet и программе Peakfit. Коэффициенты экстинкции для расчета концентрации молекулярной воды и ОН-групп взяты из литературы.

Результаты. Жилы сложены крупно- и гигантозернистым молочно-белым кварцем. По результатам термобарогеохимических исследований выявлено, что кварцевые жилы отлагались из близких по составу и параметрам NaCl–H₂O флюидов с соленостью 3–9 мас. % NaCl-экв. и температурами от 100 до 280°С. Наиболее высокотемпературным является кварц месторождения Толстиха. По данным ИК-спектроскопии, для кварца изученных месторождений характерны высокое содержание молекулярной воды и средние значения концентрации группировок Al–OH. По содержанию OH-группировок кварц месторождения Толстиха (Южный Урал) близок к гранулированному кварцу, используемому промышленностью для получения кварцевых концентратов высокой степени чистоты.

Выводы. Диапазон температур образования кварцевых жил на месторождениях составил от 100 до 280°C. Концентрация солей в растворах включений в кварце изученных месторождений изменяется в широких пределах – от 10.0 до 3.5 мас. % NaCl-экв. Минералообразующие растворы имели Na-хлоридный или Na–Kхлоридный состав, что указывает на кристаллизацию кварца из гидротермальных растворов при постдиагенетическом (метаморфическом) преобразовании пород. Кварц изученных месторождений имеет характерное соотношение воды и Аl–ОН, что связано с условиями образования месторождений и незавершенностью процессов метаморфизма кварца на них.

1. Aнфилогов В.Н., Кабанова Л.Я., Игуменцева М.А., Никандрова Н.К. (2017) Геологическое строение, петрография и генезис кварцевого месторождения Гора Хрустальная (Средний Урал). Отеч. геол., (1), 68-74.

2. Анфилогов В.Н., Кабанова Л.Я., Игуменцева М.А., Насыров Р.Ш., Штенберг М.В., Лебедев А.С., Рыжков В.М., Ардышев П.А. (2012) Геологическое строение, петрография и технологические характеристики кварца месторождения Жила Толстиха. Разведка и охрана недр, (12), 12-17.

3. Бородаевский Н.И. (1948) Типы золоторудных месторождений, подчиненных ультраосновным породам в Миасском и Учалинском районах Южного Урала. 200 лет золотой промышленности Урала. (Ред. А.А. Иванова, И.С. Рожкова). Свердловск: УФАН СССР, 316-330.

4. Вертушков Г.Н. (1955) Метаморфизм жильного кварца. Тр. СГИ. Материалы по геологии Урала, 22, 193-201.

5. Вертушков Г.Н., Борисков Ф.Ф., Емлин Э.Ф. (1970) Жильный кварц восточного склона Урала. Свердловск: СГИ, 103 с.

6. Глаголев Е.В. (2006) Месторождение кварца Гора Хрустальная. Минеральное сырье Урала, 2(5), 40 с.

7. Грицук А.Н. (2003) Петрогеохимические особенности и рудоносность Таловского габбро-гипербазитового массива. Дис. … канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 148 с.

8. Емлин Э.Ф., Синкевич Г.А., Якшин В.И. (1988) Жильный кварц Урала в науке и технике. Свердловск: Средне-Урал. кн. изд-во, 272 с.

9. Казанцев Ю.В., Казанцева Т.Т. (2016) Фундаментальные проблемы геологии Южного Урала. Уфа: Гилем, 312 с.

10. Криницкий Д.Д., Криницкая В.М. Геологическое строение района среднего течения р. Сакмары. (1963) Отчет Михайловской ГСП о геологической съемке м-ба 1 : 50 000 за 1961–1962 гг. Уфа: Башкиргеология.

11. Кузнецов С.К. (1998) Жильный кварц Приполярного Урала. СПб.: Наука, 203 с.

12. Кузнецов С.К., Лютоев В.П., Шанина С.Н., Светова Е.Н., Сокерина Н.В. (2011) Особенности качества жильного кварца уральских месторождений. Изв. Коми НЦ УрО РАН, 4(8), 65-72.

13. Ленных В.И. (1963) Петрография, особенности метаморфизма и абсолютный возраст пород максютовского комплекса. Магматизм, метаморфизм, металлогения Урала. Тр. I Урал. петрограф. сов., вып. 3. Свердловск: УФАН СССР, 245-255.

14. Мельников Е.П. (1988) Геология, генезис и промышленные типы месторождений кварца. М.: Недра, 216 с.

15. Никандрова Н.К., Анфилогов В.Н., Игуменцева М.А., Кабанова Л.Я. (2014) Температуры гомогенизации и состав газово-жидких включений в кварце месторождения Гора Хрустальная (Средний Урал). Докл. АН, 456(1), 91.

16. Поленов Ю.А. (2008) Эндогенные кварцево-жильные образования Урала. Екатеринбург: УГГГА, 271 с.

17. Поленов Ю.А., Огородников В.Н., Савичев А.Н. (2014) Кварц жил выполнения Урала. Изв. УГГУ, 3(35), 5-11.

18. Пучков В.Н. (2010) Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 280 с.

19. Реддер Э. (1987) Флюидные включения в минералах. Т. 1. М.: Мир, 560 с.

20. Сигов А.П. (1948) Золоторудные месторождения Северо-Миасской группы. 200 лет золотой промышленности Урала. (Ред. А.А. Иванова, И.С. Рожкова). Свердловск: УФАН СССР, 296–304.

21. Шмелев В.Р., Иванов К.С., Карстен Л.А. (1995) О метаморфизме гипербазитов максютовского комплекса. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 142, 106-108.

22. Штенберг М.В. (2014) Вода и водородсодержащие группировки в жильном кварце уральских месторождений кварцевого сырья. Литосфера, (3), 102-111.

23. Штенберг М.В., Анкушева Н.Н. (2015) Кварц гидротермальных жил Аркаимской площади (Южный Урал) по данным колебательной спектроскопии, газовой хроматографии и термобарогеохимии. Минералогия, (4), 112-122.

24. Bachheimer J.P. (2000) Comparative NIR and IR examination of natural, synthetic, and irradiated synthetic quartz. Europ. J. Mineral., 12(5), 975-986.

25. Bodnar R.J., Vityk M.O. (1994) Interpretation of microthermometric data for H2O–NaCl fluid inclusions. Fluid inclusions in minerals: methods and applications. (Eds B. de Vivo, M.L. Frezzotti). Blacksburg: Virginia Tech, 117-130.

26. Davis D.W., Lowenstein T.K., Spenser R.J. (1990) Melting behavior of fluid inclusions in laboratory-grown halite crystals in the systems NaCl–H2O, NaCl–KCl–H2O, NaCl–MgCl2–H2O and CaCl2–NaCl–H2O. Geochim. Cosmochim. Acta, 54(3), 591-601.

27. Famin V., Nakashima S., Jolivet L., Philippot P. (2004) Mobility of metamorphic fluids inferred from infrared microspectroscopy on natural fluid inclusions: the example of Tinos Island, Greece. Contrib. Mineral. Petrol., 146(4), 736-749.

28. Gleeson S.A., Roberts S., Fallick A.E., Boyce A.J. (2008) Micro-Fourier Transform Infrared (FT-IR) and δD value investigation of hydrothermal vein quartz: Interpretation of fluid inclusion δD values in hydrothermal systems. Geochim. Cosmochim. Acta, 72, 4595-4606.

29. Gotte T., Pettke T., Ramseyer K., Koch-Muller M., Mullis J. (2011) Cathodoluminescence properties and trace element signature of hydrothermal quartz: A fingerprint of growth dynamics. Amer. Miner., 96, 802-813.

30. Grzechnik A., Zimmermann H.D., Hervig R.L., King P.L., McMillan P.F. (1996) FTIR micro-reflectance measurements of the CO3 2± ion content in basanite and leucitite glasses. Contrib. Mineral. Petrol., 125, 311-318.

31. Kats A. (1962) Hydrogen in Alpha-quartz. Philips Res. Rep., 17, 201-279.

32. Koch-Muller M., Dera P., Fei Y., Reno B., Sobolev N., Hauri E., Wysoczanski R. (2003) OH– in synthetic and natural coesite. Amer. Miner., 88, 1436-1445.

33. Koch-Muller M., Rhede D. (2010) IR absorption coefficients for water in nominally anhydrous high-pressure minerals. Amer. Miner., 95, 770-775.

34. Kronenberg A.K. (1994) Hydrogen speciation and chemical weakening of quartz. Rev. Mineral., 29, 123-176.

35. Miallier D., Gibert F., Fain J., Pilleyre T., Sanzelle S. (2001) Fluid inclusions in quartz: interference with thermoluminescence and its application to dating. Quater. Sci. Rev., 20, 901-905. https://doi.org/10.1016/S0277-3791(00)00030-5

36. Miyoshi N., Yamaguchi Y., Makino K. (2005) Successive zoning of Al and H in hydrothermal vein quartz. Amer. Miner., 90(2-3), 310-315.

37. Mohan M.R., Prasad P.S.R. (2002) FTIR investigation on the fluid inclusions in quartz veins of the Penakacherla Schist Belt. Curr. Sci., 83(6), 755-760.

38. Moore G., Chizmeshya A., McMillan P.F. (2000) Calibration of a reflectance FTIR method for determination of dissolved CO2 concentration in rhyolitic glasses. Geochim. Cosmochim. Acta, 64(20), 3571-3579.

39. Pichavant M., Ramboz C., Weisbrod A. (1982) Fluid immiscibility in natural processes: use and misuse of fluid inclusion data. I. Phase equilibria analysis – a theoretical and geometrical approach. Chem. Geol., 37, 1-27.

40. Spenser R.J., Moller N., Weare J.N. (1990) The prediction of mineral solubilities in mineral waters: a chemical equilibrium model for the Na–K–Ca–Mg–Cl–SO4 system at temperatures below 25°C. Geochim. Cosmochim. Acta, 54(3), 575-590.

41. Sterner S.M., Hall D.L., Keppler H. (1995) Compositional re-equilibration of fluid inclusions in quartz. Contrib. Mineral. Petrol., 119, 1-15.

42. Wilkinson J.J. (2001) Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits. Lithos, 55, 229-272.

43. Zecchini P., Yamni K., Viard B., Dothee D. (1994) A new method for the determination of concentrations of impurities in quartz crystals. IEEE Int. frequency control symp., 91-98.