Минералогия, генезис и закономерности размещения проявлений мраморного оникса Южного Тянь-Шаня и прилегающих территорий

Короткий опис

Содержание
Введение... ц

Глава 1. К истории изучения мраморного оникса... 3

Глава 2. Геологическое строение региона... '-

Глава 3. Структурно-морфологические типы проявлений

мраморного оникса... g у*

Глава 4. Минералогия месторождений мраморного оникса... * 3

Глава 5. Мраморный оникс и особенности его химического

состава и физических свойств... %О

Глава б.Термобарогеохимические условия образования мраморного

оникса '*

6.1.Методы и аппаратура исследований газово-жидких включений / 3/

6.2.Характеристика флюидных включений в минералах и термобарогеохимические параметры становления месторождений

мраморного оникса Глава 7. Генетические особенности образования проявлений

мраморного оникса Глава 8. Закономерности размещения ониксовой минерализации

и практические рекомендации ^ - а

Заключение... 5.0/

Литература... Д/75*
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Таджикистан располагает значительными запасами мраморного оникса и является ведущим центром обработки этого сырья. В настоящее время, в связи с возрастающей потребностью камнеобрабатывающей промышленности в мраморном ониксе и истощением его запасов, спрос на этот вид сырья резко возрос, что определило необходимость увеличения ресурсов ониксовой минерализации на перспективных площадях Южного Тянь-Шаня и прилегающих к нему территорий. Однако поиски новых объектов требуют увеличения арсенала научно-обоснованных геолого-минералогических критериев, что обусловило проведение целенаправленных комплексных геолого-структурных и минералого-термобарогеохимических

исследований на мраморный оникс.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение геолого-структурных, минералого-термобарогеохимических и генетических особенностей ониксовой минерализации и разработка новых критериев прогноза и поисков оруденения. В связи с этим для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

-сравнительный анализ геолого-структурных особенностей проявлений мраморного оникса для выяснения их влияния на формирование минерализации и выделение на их основе основных промышленных типов месторождений;

-комплексное изучение минерального состава и элементов -примесей в минералах месторождений и проявлений мраморного оникса;

-определение химического состава, температурных и барических параметров минералообразующих сред на основе изучения флюидных включений в ониксе и сопутствующих минералах;

-установление типоморфных признаков минералов ониксовой минерализации;

-выяснение и анализ основных факторов, контролирующих размещение ониксовой минерализации и разработка на их основе поисково-прогнозных критериев;

-выделение перспективных площадей на основе выявленных поисково-прогнозных признаков и критериев и прогнозная оценка региона на ониксовую минерализацию.

Фактический материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положен материал, собранный автором с 1998 по 2001 год в период обучения в очной аспирантуре. Для решения поставленных задач проводились полевые и лабораторные исследования, в процессе которых отобрано и изучено 420 образцов минералов, минеральных образований и вмещающих минерализацию пород, 200 шлифов и аншлифов, около 150 прозрачно-полированных пластинок минералов. Кроме того, были использованы образцы из коллекций чл.-корр. АН РТ, профессора А.Р. Файзиева и научного сотрудника ИГ АН РТ Н. Раджабова, а также образцы, любезно предоставленные геологами ГУП "Джамаст". Проведено более 600 замеров температур гомогенизации, 11 определений давлений, 60 декрепитометрических, 36 газово-хроматографических, 19 химических анализов тройных водных вытяжек из ониксов, 180 количественных и полуколичественных спектральных, 28 химических, 45 термических анализов и 142 определения микротвердости, плотности и оптических констант. Использовались также рентгеноструктурные, рентгеноспектральные, ИК-спектроскопические, атомно-абсорбционные, лазерно-флюоресцентные, люминесцентно-битуминологические и криометрические анализы, методы детального полевого геолого-хМинералогического картирования, микроскопического изучения минерального состава, структурно-текстурных особенностей минеральных образований и т.п. Все перечисленные анализы и исследования проводились в лабораториях Института геологии АН РТ, Института химии АН РТ, лаборатории термобарогеохимии ТГПУ

им.К.Ш.Джураева, химического факультета ТГНУ, ЦХЛ ГУ "Геологияи точик" и ИГФМ АН Украины.

Научная новизна и практическая ценность работы. Работа представляет собой первое исследование, посвященное комплексному изучению геолого-структурных и минералого-термобарогеохимических особенностей образования месторождений и проявлений мраморного оникса. При этом впервые получены новые данные о минералогии, условиях формирования и генезисе месторождений и проявлений мраморного оникса. Разработана новая классификация структурно-морфологических типов проявлений мраморного оникса, имеющая прогнозно-поисковое значение. Выявлены факторы, контролирующие размещение ониксовой минерализации. Изученные геолого-структурные и минералого-термобарогеохимические особенности образования месторождений мраморного оникса позволили выявить дополнительные критерии для поисково-оценочных работ на ониксовую минерализацию. Эти критерии, наряду с рудоконтролирующими факторами, позволили сделать рекомендации о перспективности отдельных площадей и месторождений в пределах исследуемого региона.

Апробация работы. Основные положения диссертации отражены в 20 печатных работах и докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного национального университета (1999-2004), юбилейной научно-теоретической конференции, посвященной 50-летию основания Таджикского госуниверситета (Душанбе, 1998), юбилейной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения К.И. Сатпаева (Душанбе, 1999), юбилейной конференции, посвященной 60-летию ИГ АН РТ (Душанбе, 2001), III, IV и V Республиканских конференциях молодых ученых и исследователей Таджикистана (Душанбе, 2001; 2002; 2003), X Международной конференции по термобарогеохимии (Александров, 2001), V и VIII международных научных симпозиумах студентов,

аспирантов и молодых ученых имени академика М.А.Усова (Томск, 2001; 2004), I, II, III и IV конференциях молодых ученых и исследователей ТГНУ (Душанбе, 2001; 2002; 2003; 2004), Международной конференции «Carbon» (Сыктывкар, 2003), Международной конференции " Single crystals and their application in the XXI century -2004 " (Александров, 2004) и др.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа объемом 147 страниц состоит из введения, 8 глав, заключения и списка литературы из 229 наименований. Текст иллюстрирован 11 таблицами, 40 рисунками и диаграммами.

Основные защищаемые положения

1.Кальцит и арагонит - основные минералы месторождений мраморного оникса. Сосуществующие с минералы, представленные гипсом, кварцем, халцедоном, опалом, целестином, баритом, флюоритом, пиритом, галенитом, сфалеритом, метациннабаритом, киноварью, гидроокислами железа, глинистыми минералами, а также доломитом, магнезитом, гидромагнезитом, самородной серой, ярозитом,эпсомитом и др. имеют второстепенное значение и индифферентны относительно основных.

II. Установлены три типа месторождений мраморного оникса, каждый из которых характеризуется специфическим сочетанием геолого-структурных и физико-химических факторов образования. Параметры минералообразующих растворов (кальциево-сульфатно-бикарбонатных) для первого - жильного типа составляют 150-50°С и 70-75 бар, для второго - пластообразного типа - 100-50°С и 45-40 бар, и для третьего -карстотипного - менее 70-80°С при атмосферном давлении. Наряду с поверхностными водами в формировании месторождений принимали участие и вадозно-гидротермальные растворы.

III. Размещение месторождений и проявлений мраморного оникса определяется комплексом факторов (геотектонических, структурных, литологических, вещественно-стратиграфических, геоморфологических), анализ которых позволяет определить перспективы региона на распространение и поиски различных типов минерализации.

Работа, в основе которой положены результаты проведенных лично автором исследований, выполнена на кафедре геологии и разведки МГШ Таджикского государственного национального университета. Руководство работой осуществлялось членом-корреспондентом АН РТ, доктором геолого-минералогических наук, профессором А. Р. Файзиевым, которому автор выражает глубокую благодарность и безмерную признательность.

Постоянную помощь и ценные советы при исследованиях автору оказывали кандидаты геолого-минералогических наук Б.А. Алидодов, М.М. Фозилов и Ф.Г. Гафуров. В процессе работы автор консультировался у академиков АН РТ Р.Б. Баратова и Д.Н. Пачаджанова, докторов геолого-минералогических наук Ф.Х. Хакимова, В.Л. Лелешуса, B.C. Луткова, В.И. Дронова, Г.К. Мельниковой и кандидатов геолого-минералогических наук М.Т. Таджибекова, В.Е. Минаева, М.М. Мухаббатова, A.M. Бабаева, А.А. Сабирова, К.В. Вазирова, Х.С. Таджидинова, научных сотрудников Института геологии АН РТ Н. Раджабова, Б.А. Ревазова и др. Дружескую помощь и содействие в процессе выполнения работы оказывали автору сотрудники ГУП "Джамаст". При выполнении графического и демонстрационного материала большую помощь оказали Т. Джураев и Г.С. Салимова. Всем вышеперечисленным лицам автор приносит искреннюю благодарность.

ГЛАВА 1.К ИСТОРИИ ИЗУЧЕНИЯ МРАМОРНОГО ОНИКСА

Первые сведения о мраморном ониксе мы находим в работах наших предшественников- ученых - естествоиспытателей (ар-Рази, Закариё Казвини, ал Кинди, ал-Хазини, Хамидуллох Казвини, Насриддин Туей, Аълами, Ибн-Сина, Бируни и многих других). Например, великий хорезмиец А. Бируни в своем труде по минералогии пишет, что «коны» (месторождения) мраморного оникса находятся в странах Востока и этот белый камень обладает яркой белизной, частично поддается полировке и обладает способностью двигаться. Археологические раскопки и изучение архитектурных ансамблей Средней Азии указывают на широкое использование нашими предшественниками натечного зеленоватого мраморного оникса. Из оникса вытачивались сосуды, печати, бусы. Он использовался также в декоративных целях. Например, этот камень широко применялся в декоративном убранстве цоколя и внутренних стен некоторых старинных архитектурных сооружений Самарканда (Гур-Эмир, Шохи-Зинда). Находки мраморного оникса, сделанные В.И.Соболевским (1936) в ущелье Танги-уреч вблизи озера Кули-Калон, расположенного примерно в 120 км от Самарканда и сравнения их характеристик с ониксом, использованном в отмеченных сооружениях этого города, позволили ему высказать предположение об их идентичности. В.И.Соболевский отмечает также, что кустари из Кштута и других кишлаков этого района выделывают из мраморного оникса мелкие предметы (колечки для веретен, тарелочки и др.).

В бассейне р. Такоб С.З. Шифриным и др. в 1935 г. в терригенных отложениях верхнемелового возраста вблизи кишлака Рогы и Зуман были отмечены жилы радиолитов (мраморного оникса), зонально-концентрического и радиально-лучистого строения.

В 1962г. А.П.Чистяковым были описаны находки мраморного оникса в Гаурдак-Кугитанском горном районе при посещении пещеры

Хашим-Ойик (вблизи поселка Карлюк). Отмечая его высокохудожественные качества, он обращает внимание на необходимость постановки здесь поисковых работ. В последующие годы в пещере Хашим-Ойик выявлены четыре залежи мраморного оникса.

В 1964 г. С.Д.Ялкаповым была обнаружена пещера Кап-Котан, в которой в 1966-1967 г.г. были выявлены 37 залежей мраморного оникса.

С 1969 по 1976 г.г. в Гаурдак-Кугитанском районе работы по поискам мраморного оникса проводились Туркменской геологической экспедицией. Этими работами было выявлено 40 проявлений мраморного оникса. Ими же были проведены пробно-эксплуатационные работы на проявлениях "Промежуточная", Эшек-Ел, "Удача", Гянг I и Гянг II.

В 1973 г. И.С.Лазаревым и Г.Д.Филенко на втором участке Гаурдакского серного месторождения была вскрыта карьером карстовая пещера с карбонатным спелеолитогенезом общей длиной выявленных полостей 3150м, расположенных на глубинах 50-120 м от поверхности. Ими изучена минералогия этой пещеры, где в одном из галерей была выявлена ртутная сульфидная минерализация, представленная киноварью и метациннабаритом.

За период 1973-1974 гг. Туркменская ПРП в составе Комплексной экспедиции Всесоюзного шестого производственного объединения было обследовано в этом районе 14 объектов, оцененных положительно, а в 1975-1976 г.г. этой партией в Гаурдак-Кугитанском горном районе было выявлено 40 коренных проявлений мраморного оникса, 7 из которых оценены положительно. Сотрудники Туркменской ПСП В.И. Долженко, B.C. Рощин и др. впервые исследовали газово-жидкие включения в мраморном ониксе Карлюкского месторождения. По их мнению, оникс имеет гидротермальное или телетермальное происхождение, а не отлагался из холодных приповерхностных (грунтовых) вод.

В 1977-1978 г.г. партией № 8 ПО "Памиркварцсамоцветы" были

10

проведены поиски на восточном склоне хребта Кугитангтау и в центральной части Карлюкского месторождения. В результате этих работ было выявлено 22 проявлений, из них 5 проявлений оникса, заслуживающих дальнейшего изучения. Поисково-оценочным работам подверглись также залежи оникса в пещерах Удача, Дальная, Промежуточная-Новая, Хашим-Ойик.

В.В.Морошкин (1976) на основе изучения агрегатов кальцита, в частности хайдарканских пещер, а также обширного экспериментального материала пришел к выводу, что рост кристаллактитовых агрегатов происходит путем кристаллизации вещества из тонкой капиллярной пленки раствора, покрывающей стенки карстовых полостей, при испарении растворителя или удаления углекислого газа, образующегося при распаде бикарбонатов. Фактором, определяющим формирование данной текстуры агрегатов, по его мнению, является интенсивность испарения растворителя или удаления газа с поверхности пленки в разных точках.

В.А.Слетов в 1985 г. на примере карстовых пещер Южной Ферганы (Хайдаркан, Тачка, Розовая, Зеленая) выделяет три основных типа сред кристаллизации: 1) застойные пещерные озера; 2) стекающие под действием силы тяжести водные струи и капли; 3) капиллярные пленки, покрывающие стенки умеренно обводненных участков пещер. Особое положение имеют геликтиты, у которых есть собственный "внутренний" источник питания (центральный осевой капилляр). По его мнению, в большинстве случаев продукты кристаллизации из неподвижных капиллярных пленок, покрывающих стенки пещер, выше горизонтального уровня водоемов, т.е. кристаллактитовая (кораллитовая) кора обладает явно выраженной гравитационной диссимметрией

Значительный вклад в изучении минералогии Кугитангских пещер внес В.В.Морошкин. Он один или с соавторами опубликовал серию (1983-

11

1987 г.г.) минералогических статей, которые достаточно полно освещали характер спелеолитогенеза. Для полноты картин текст сопровождался цветовыми иллюстрациями, что делали его особенно интересным для понимания основных вопросов причин и механизма формирования минеральных образований в пещерах, их генетической взаимосвязи и особенностей разных минеральных агрегатов, а также периодичности и эволюции процесса карстового минералообразования.

Б.И.Сребродольский (1984, 19876) на Гаурдаке описал декоративный натечный кальцит с ленточным или концентрически-слоистым рисунком, в котором светлые полоски минерала перемежаются с темными и серыми. По его мнению, окраска вызвана микропримесями железа ( буро- желтый), марганца ( кремовый), никеля ( серый), а органическое вещество окрашивает его в темные тона.

Б.И.Сребродольский (1987а; 19876) при изучении мраморных ониксов карлюкских и гаурдакских выявил, что они содержат одинаковое количество химических элементов. В гаурдакском ониксе присутствуют цинк, хром, медь, барий, стронций, лантан, цирконий, титан, алюминий, кремний, магний, кальций, натрий, железа, марганец, а в карлюкском, кроме этих элементов - никель и молибден.

В работе З.Е. Ерова и А.В. Климкина (1987) приводятся сведения о том, что увеличение запасов цветных камней, в том числе мраморного оникса, является одним из основных направлений геологоразведочных работ по камнесамоцветному сырью в Таджикистане.

А.С.Астапов и А.В.Климкин (1983) отмечают, что мраморный оникс Кугитанга, связанный с карстовыми пещерами в известняках Оксфорда, формируется с плейстоцена. Здесь оникс представлен тремя генерациями:1) арагонитовым ониксом совместно с травертинами из горячих источников; 2) кальцитовым и арагонит-кальцитовым ониксом пологих залежей и натечных форм, образованным инфильтрационными

12

водами; 3) современным, отлагаемым инфильтрационными водами на ониксе второй генерации. Кроме того, авторы полагают, что выявленные поисковые признаки месторождений мраморного оникса на Кугитанге применимы и для других площадей Таджикской депрессии.

В.В.Морошкин (1986) на основе изучения обширных материалов, в том числе по Кугитангским пещерам, описал основные морфолого-генетические группы минеральных агрегатов карстотипного ряда, указывая на их главные условия формирования и генетическую взаимосвязь, а также характерные черты данных минеральных агрегатов в целом. Он выделил различные формационные типы подземных пустот (в основном карстовых), содержащих указанные агрегаты, а также кратко описал особенности минералогии карстотипных полостей.

А.В.Климкиным, В.Т.Горбатком, Г.М.Красным (1987) на примере юга Средней Азии были описаны структурно-морфологические типы месторождений и проявлений мраморного оникса. По данным этих исследователей основными поисковыми признаками месторождений мраморного оникса в Таджикистане являются: 1) наличие существенно известковистых пород; 2) минимальное развитие или полное отсутствие в разрезе гипсовых пачек; 3) периклинали складок, малорадиусные изгибы пластов и пачек пород по простиранию и по падению, где создаются благоприятные условия для развития зияющих трещин растяжения и отрыва, вмещающих ониксовую минерализацию; 4) пологие углы падения пород; 5) наличие покровов травертина. По их мнению, ониксовые жилы образовались из телетермальных растворов, температура которых не превышала 60°С, а возраст минерализации- не более 500 тыс. лет.

А.С.Астапов с соавторами (1985), на основании геологических предпосылок и поисковых признаков, пришли к выводу, что самоцветная минерализация на территории Таджикистана развита преимущественно за

13

пределами крупных рудных районов и полей. Район Южно-Таджикской депрессии перспективен на выявление гипергенных образований, из которых мраморный оникс является одним из первоочередных для практического использования.

С.М.Аккерманцев(1983) мраморный оникс и арагонит считает осадочно-инфильтрационными и телетермальными образованиями. Впервые для Южного Тянь-Шаня им проведен минералогический анализ домезозойских и мезо-кайнозойских образований, специализированных на цветные и коллекционные кахмни эндогенного и экзогенного генезиса.

И.М.Ибрагимова и др. (1986) на примере Хайдарканского проявления, где мраморный оникс приурочен к «слепым» и минерализованным карстовым полостям, полагают, что окраску мраморного оникса обусловливают элементы - микропримеси: медовые, кремовые и розовые тона дают незначительные примеси железа, зеленоватые и голубые- примеси меди, черные- марганца.

В.Т.Горбатком (1989) высказывается мнение о гидротермальном происхождении мраморного оникса. Он считает, что последний осаждался из горячих высоконапорных гидрокарбонатно-кальциевых вод, преобразованных в карбонатной среде из хлоридных и сульфатно-хлоридных вод, в открытых трещинах на глубинах 500-1500м от дневной поверхности.

Аналогичная точка зрения высказывается на основе изотопного изучения мраморного оникса месторождения Патру А.Х.Хасановым (2000). По его мнению, мраморный оникс отлагается в виде тонкодисперсных коллоидных арагонитовых масс, впоследствии подвергающихся перекристаллизации и переходу в кальцит.

Кроме того сведения о мраморном ониксе имеются в работах А.Е.Ферсмана(1920, 1925, 1954 и др), А..Н.Заварицкого(1952), А.А.Байкова и др.(19705 1982), Р.А.Цыкина(1974, 1978), С.В.Металиди и др.(1982), Э.И.Кутырева и др.(1989) и др.

14

ГЛАВА 2.ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ГИССАРО-АЛАЙСКОЙ ГОРНОЙ ОБЛАСТИ И ТАДЖИКСКОЙ ДЕПРЕССИИ.

Стратиграфия

1. Гиссаро-Алай

В геологическом строении Гиссаро-Алайской горной области принимают участие метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные и магматические образования докембрийского, палеозойского, мезозойско-палеогенового и олигоцен-четвертичного возрастов, соответствующие геосинклинальному, платформенному и орогенному этапам тектонического развития.

Докембрийский фундамент в Гиссаро-Алае обнажается в Каратегинском блоке, небольшими выходами в пределах юго-западного склона Гиссарского и приводораздельной части северного склона Туркестанского хребтов. Фундамент сложен различными гнейсами, филлитами, сланцами, кварцитами, роговиками и мраморами, мощность которых достигается более 5000 м.

Геосинклинальный комплекс, соответствующий палеозойскому возрасту, широко распространен в пределах характеризуемого региона. В ряде мест он залегает с резким угловым несогласием на докембрийском основании (Мечетелинская, Сурхандаринская - название зон по М.М.Кухтикову, 1968), а местами нижняя граница неясна или пластуется согласно с метаморфическими образованиями.

Колонку палеозойских образований начинают отложения ордовикской системы, развитые в Зеравшано-Гиссарской и Южно-Гиссарской районах.

Ордовикская система, установленная в бассейне р. Сарымат, представлена доломитовыми сланцами, известняками с редкими прослоями песчанистых известняков и вулканитов. Мощность системы составляет более 110 м.

Силурийская система характеризуется наибольшим распространением

15

СХЕМАТИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ KAPTfl РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРОЯВЛЕНИЙ МРАМОРНОГО ОНИКСА

Составили: ШШапьзам. Е.В.Козлов. Н.И.КапЕшовя. Н.ГШевченко 1с упрощениями;

1984 г.

Условные обозначения

¦ Ц деде систем

-

Г] ЧЕТВЕРТИЧНАЯ

/;

в пределах Центрально-Гиссарской, Зеравшано-Туркестанской и Туркестанской тектонических зон. Нижняя часть разреза в некоторых местах (р. Пасруддаря) залегает с угловым несогласием на породах докембрийского возраста (Кухтиков, 1968) и представлена сланцами, песчаниками, известняками с редкими телами эффузивов. Верхняя часть сложена в основном карбонатными породами, фаунистически охарактеризованными. Суммарная мощность силурийских отложений в Центрально-Гиссарской зоне составляет не менее 4500 м.

В Гиссаро-Алае широко развита нерасчлененная толща верхнесилурийско-нижнедевонских отложений, представленных мраморами, мраморизованными известками с прослоями терригенных пород. Общая мощность толщи 1200-1600 м.

Девонская система в Центральном Таджикистане представлена всеми отделами. Нижний отдел сложен известняками, доломитами с редкими прослоями и пачками мергелей, глин, известковых сланцев, алевролитов, гравелитов и кремней мощностью около 300м. Выше идет толща известняково-доломитовая (400-500 м), залегающая согласно на известняках лудловского-лохковского ярусов (матчайской свиты). Среднюю часть разреза слагают яшмы, залегающие на карбонатных брекчиях. Мощность 300-500 м. Средний и верхний отделы представлены среднеслоистыми известняками (320 м), органогенно-оболомочными известняками (500-700 м) и завершается разрез доломитами, известняками и мергелями (700-1200 м). Последние хорошо выражены в пределах Туркестанского хребта.

Каменноугольная система согласно залегает на известняках и доломитах верхнего девона и развита в Зеравшано-Гиссарском районе. В основании разреза залегают известняки (30-50 м), песчаники, глинистые сланцы с линзами конгломератов и гравелитов, реже кремнистых пород и известняков. В пределах южного склона Гиссарского хребта она сложена

17

Список литературы