Труды ВСЕГЕИ. Выпуск 6. Минералообразующие растворы и генезис кварцевых жил (на опыте изучения кварцевых жил Памира и включений растворов в минералах)

Академик С. С. Смирнов в 1946 г. вполне справедливо отмечал, что главным действенным орудием в практической работе по дальнейшему расширению минерально-сырьевой базы является создание более совершенной теории рудогенеза. В основе же такой теории и в том числе и теории образования наиболее важной в практическом отношении группы жильных месторождений лежат наиболее современные, наиболее обоснованные представления о характере и природе эндогенных минералообразующих растворов, о физико-химических и термодинамических процессах формирования месторождений на глубине.

Изучением характера и природы минералообразующих растворов и генезиса жил занимались очень много. Этим вопросам посвящено значительное количество печатных работ, но до сих пор они остаются далеко не решенными, дискуссионными.

В настоящее время существует значительное количество самых различных теорий и гипотез о природе минералообразующих растворов и процессах формирования жильных месторождений. Главнейшими среди них можно считать: гипотезу гидротермального и пневматолитового происхождения месторождений в процессе деятельности постмагматических растворов; гипотезу латераль-секреционного происхождения жил путем деятельности активизированных метеорных вод; гипотезу «рудных магм» Спера; гипотезу образования месторождений из особых, подкоровых эманации». В последние годы распространяются мнения так называемых трансформистов о возникновении при процессах ультраметаморфизма вмещающих пород жилообразующими растворами мигм. межгранулярных растворов, выжимок и т. п. Гипотеза гидротермального и пневматолитового происхождения, основанная на изучении вулканической и фума-рольной деятельности, минеральных отложений, синтеза минералов и многих других явлений, приобрела почти всеобщее признание. Она наиболее удовлетворительно объясняет разнообразные физико-химические процессы формирования жильных месторождений.

Однако ни одна из указанных гипотез (в том числе и гидротермальная) не может достаточно убедительно, без противоречий объяснить многие, даже основные моменты в генезисе эндогенных месторождений. Достаточно вспомнить долго и безуспешно тянувшиеся споры между К- Фен-нером (Fenner, 1940), Н. Боуэном (Bowen, 1928), Л. Грейтоном (Graton, 1940 г.), Г. Морей (Могеу, 1937), С. Россом (Ross, 1935 г.) или дискуссии, происходившие в последние годы среди советских исследователей.

Кардинальные вопросы о фазовом состоянии (газ или жидкость?), об истинном или коллоидном, кислом или щелочном характере, о химическом составе и концентрациях растворов, о режимах температур и давлений, при которых циркулируют растворы и формируются месторождения   полезных   ископаемых,   остаются    дискуссионными,   нерешенными.

Дискуссионными являются вопросы об источниках и причинах циркуляции растворов, источниках рудных и нерудных минеральных веществ (магма или вмещающие породы?) и многие вопросы о процессах мине-рало- и рудоотложения, о формировании эндогенных месторождений.Перечисленные вопросы являются самыми насущными, так как от их разрешения зависит дальнейшее развитие представлений об общих процессах образования, а отсюда и о методах поисков и разведки важнейшей группы полезных ископаемых. Поэтому новый фактический, объективно полученный материал о глубинных минералообразующих растворах и о процессах формирования эндогенных месторождений должен представлять большой интерес. В значительной мере такой новый материал, как теперь выяснено, предоставляют жидкие и газообразные включения, которые чрезвычайно широко распространены в минералах.Детальное всестороннее изучение растворов включений в минералах вместе с искусственным получением подобных растворов, синтезом минералов в лабораториях и детальным изучением природных минеральных образований, как, например, кварцевых жил, дает нам многое для расшифровки физико-химических процессов формирования месторождений и общих вопросов генезиса последних.Включения растворов в минералах были зафиксированы очень давно. Их роль, как реликтов эндогенных минералообразующих растворов, отмечалась великими    русскими    исследователями: Д. Соколовым в 1832 г.,A.  П. Карпинским в 1880 г., Я. Самойловым в 1908 г.В настоящее время включения остатков минералообразующих растворов зафиксированы более чем в 250 минералах. Особенно частыми и характерными являются включения жидких и газовых растворов в минералах гидротермальных и пегматитовых жил, скарновых месторождений и т. д. В весьма больших количествах они встречаются в таких распространенных минералах, как кварц, карбонаты, барит, полевые шпаты, гранат, турмалин, флюорит, топаз, берилл, галенит, сфалерит, пирит, и многих других. В отдельных кристаллах, а особенно в штуфах минералов жильного выполнения общий объем включений растворов нередко достигает нескольких процентов. Они являются основной причиной помутнения и белого цвета кварца, а также непрозрачности многих других минералов. Количество мелких включений в минералах и особенно в кварце по подсчетам некоторых исследователей (F. Zirkel, 1863; W.   Prinz,   1882   г.   и  др.)   достигает  иногда   сотен   тысяч   на   1 мм3.B.  И. Вернадский (1923), например, считает, что количество одной только воды, включенной в виде пузырьков в минералах, соизмеримо с количеством воды в океанах.Несмотря на столь широкую распространенность, включения минералообразующих растворов, ввиду их обычно чрезвычайно малых микроскопических и субмикроскопических размеров и непрозрачности большинства минералов, пока еще очень трудно поддаются изучению. Весьма спорными и трудными являются определения состава и физико-химических свойств растворов. Большие трудности встречаются при термометрических и барометрических замерах по включениям. Изучение включений растворов в минералах очень надолго задержалось также вследствие ошибочного заключения об их природе и роли, сделанного многими, особенно зарубежными исследователями, как, например, Дж. Филлипс (Phillips, 1875 г.), Дж. Джадд (Dgadd, 1875 г.) и др. Всем этим главным образом и объясняется то, что включения остатков растворов в минералах начали изучаться сравнительно недавно пока еще очень узким кругом исследователей, и сведения о характере растворов (особенно составе) пока остаются скудными. Крупные макроскопически видимые включения растворов являются большой редкостью, своего рода уни-кумами, но они-то и представляют собой особую ценность.В настоящее время, после многих лет исканий как за рубежом (Sorby, 1858; Zirkel, 1863; Lindgren, 1914; Konigsberger, 1906; "Nacken, 1917; Newhause, 1932; Jngerson, 1947 г. и др.), так и успешных исследований наших советских ученых (Шубников, 1935; Леммлейн, 1925, 1950, 1951; Лазько, 1949; Григорьев, 1948; Грушкин, 1952, 1953; Ермаков, 1950), наконец, была понята природа включений растворов в минералах. Советскими исследователями экспериментально доказан механизм захвата минералами маточного раствора, сделано разделение включений на первичные и вторичные, охарактеризованы многие черты их состава и физического состояния. Сейчас убедительно доказано, что первичные аутигенные включения, образованные при скелетном и многоглавом росте кристаллов, состоят из остатков растворов, из которых рос включающий их минерал, а вторичные, образованные по трещинкам, — из остатков растворов, которые залечивали и частично наращивали кристалл.Эти включения, будучи законсервированными в такие минералы с непроницаемыми стенками, как кварц, топаз, гранат, берилл, турмалин, полевые шпаты, рубин и др., сохранили до наших дней многие физико-химические свойства, которые существовали в момент гипогенного минера-лообразования. Об этом говорят результаты специально поставленных экспериментов, а также специфические особенности включений в разных последовательных зонах минералов и в генетически различных минералах даже древнего докембрийского возраста.В последнее время, по выработанной Н. П. Ермаковым (1950) классификации, различают: 1) затвердевшие, 2) газовые и 3) жидкие включения.1)   Затвердевшие включения. Это либо раскристаллизованные, либо стекловатые включения (иногда с газовым пузырьком и кристалликами «узниками»), образованные в результате захвата магматических расплавов.2)   Газовые включения, состоящие в основном из газа (пара) и меньшего количества жидкой фазы и иногда минералов-«узников». При нагревании они гомогенизируются в однородную газовую фазу и представляют собой остатки пневматолитов. Здесь различают: а) включения «сухих» газов, состоящие почти целиком из газа; б) существенно газовые, состоящие на 76—90% из газа (пара), и в) газово-жидкие, состоящие на 50—75% из газа (пара), жидкости и часто различных минералов-«узников».3)   Жидкие и существенно жидкие включения, среди которых различают: а) однофазные, состоящие только из жидкости; б) двуфазные, где наряду с жидкостью имеется газовый пузырек, и в) многофазные, где, помимо жидкости и газа (пара), имеются твердые фазы различных минералов. Существенно жидкие включения гомогенизируются при нагревании в единую жидкую фазу. Это реликты водных, обычно гидротермальных растворов.Постепенно развиваются и совершенствуются методы исследования включений растворов — термометрические (для жидких включений), аналитические, барометрические и др. Н. П. Ермаковым создан специальный методический курс по изучению включений (1950).Многочисленные современные исследования доказывают, что по включениям растворов при учете геологических данных можно установить примерные режимы температур и давлений в момент гипогенного минералообразования, агрегатное состояние, многие физические свойства, химический состав и последовательность циркуляции растворов, изменявшихся в пространстве и времени; прочесть историю роста и формирования как отдельных кристаллов, так и минеральных агрегатов, целых рудных тел, жил и вообще месторождений полезных ископаемых. Изучение характера и природы растворов включений в комплексе с изучением физико-химических условий образования минералов и детальными исследованиями самих месторождений раскрывает многие сложные вопросы генезиса последних.Автору удалось в течение одиннадцати лет изучать в очень большом количестве кварцевые, часто хрусталеносные жилы   в районах   Памира, отличающихся прекрасной обнаженностью (геологию, минералогию и закономерности локализации жил их,   морфологию,   структуру   и   зависимость состава жил от вмещающих пород и изменения последних), а также производить сравнительное изучение   кварцевых   жил   других   регионов СССР и зарубежных месторождений кварца. Наряду с кварцевыми жилами   изучались   пегматитовые   жилы    Памира,   Карело-Финской   ССР и Мурманской области, а по отдельным  образцам — и  других  районов. В минералах изученных кварцевых и пегматитовых жил удалось в большом количестве обнаружить и исследовать включения остатков минера-лообразующих растворов. Особенно детально и подробно изучались растворы включений в минералах   кварцевых   жил   Памира.   В одном   из кристаллов кварца (Памир) посчастливилось обнаружить очень крупные включения растворов объемом до 1,5 см?, которые удалось детально проанализировать.Термометрические и аналитические исследования включений растворов в кварце вместе с изучением данных различных экспериментальных наблюдений над системами растворов с кремнеземом, а также данными полевого изучения кварцевых жил позволили в значительной мере выявить физико-химические и термодинамические условия образования различных разновидностей кварца и кварцевых жил. Эти исследования позволили выявить характерные процессы при формировании различных морфологических и генетических типов кварцевых жил вообще и кварцевых жил с минерализованными полостями или так называемых жил «альпийского» типа в особенности.Исследование включений в минералах пегматитовых жил позволило определить некоторые отличительные черты пегматитообразующих растворов и порядок формирования пегматитов, генезис которых представляет сейчас наибольшую загадку. Общие результаты проведенного нами изучения кварцобразующих существенно водных гидротермальных растворов и пегматитобразующих существенно газовых или флюидных растворов наряду с данными, полученными другими исследователями, приводят к существенным выводам о характере и первичной природе эндогенных жилообразующих растворов.При выполнении работ большая помощь критическими замечаниями, советами и в проведении экспериментов была оказана чл.-кор. АН СССР проф. П. М. Татариновым, проф. Н. П. Ермаковым, проф. Д. П. Григорьевым, проф. Н. К. Морозенко и кандидатами геолого-минералогических наук Н. И. Хитаровым и Д. Т. Мишаревым, которым автор, пользуясь случаем, приносит глубокую благодарность.В начале книги кратко излагаются геологические позиции и характеристика типов кварцевых жил Памира и некоторых других регионов в том минимальном объеме, какой необходим для обоснования и понимания результатов произведенных исследований и сделанных выводов. Далее излагаются результаты исследований характера и природы растворов и физико-химических условий и процессов формирования кварцевых жил.