Залежи железных руд Курской Магнитной Аномалии богаты и уникальны. Каждое месторождение индивидуально и отличается геологическими характеристиками (глубиной залегания, характером рудных тел и другими), минеральным и химическим составом пород.
В этом материале речь пойдет о кварцевых порфирах с голубым кварцем с Лебединского месторождения железных руд (г. Губкин, Белгородская обл.).
Такие породы встречаются и на других месторождениях. Лучше всего она изучена там, где добыча ведется открытым способом, т.е. в карьерах. Тема оказалась достаточно узкой, так как порода представляет исключительно научный интерес. А для меня ещё и коллекционный. Напомню, что в одну их поездок на отвалы Лебединского карьера я нашла образцы кварцевого порфира с голубым кварцем.
Что такое кварцевый порфир?
Для начала разберёмся, что такое кварцевый порфир? В литературе его характеризуют, как породу, образующуюся при кристаллизации магмы кислого состава на поверхности, или вблизи неё. В отличие от гранита, который тоже является магматической породой, но магма застывает и кристаллизуется на глубине, не доходя до поверхности. Кварцевый порфир обладает неравномернозернистой структурой, в которую входят включения кварца (около 20%), полевой шпат (от 40% до 90%), а также могут быть вкрапления олигоклаза, ортоклаза, пироксена, биотита и плагиоклаза (10-60%). Кварцевый порфир представляет собой горную породу, по химическому составу близкую к граниту, но отличающуюся по строению и условиями образования.
Порода эта очень древняя. Образовалась она в период Верхнего Архея (по другим данным Нижнего Протерозоя) в результате вулканогенной деятельности и выходов на поверхность магмы, богатой кремниевой кислотой. Абсолютный возраст пород той геологической эпохи составляет 2620-2860 млн.лет., и они являются подстилающими для пород следующей геологической эпохи - Протерозоя.
То есть сверху на этих породах происходило отложение и формирование в том числе и железистых кварцитов.
Чем интересны порфиры на Лебединском месторождении?
Мощность толщи кварцевых порфиров на Лебединском месторождении колеблется от 20 до 250 м.
В ходе научных исследований установлено, что кварцевые порфиры подвергались выветриванию. Их разделили на три категории: неизменённые, малоизменённые и сильноизменённые.
Неизменённые кварцевые порфиры это породы темно-серого цвета с синеватым оттенком. В них отчётливо видны вкрапленники голубого кварца размером до 6, редко до 10 и более мм и розового микроклина размером до 5-8 мм. Вкрапленники составляют в среднем 20-25% объема породы. Основная масса породы состоит из мелких зёрен кварца и микроклина, в меньшей мере биотита и серицита.
В малоизменённых кварцевых порфирах отмечается замещение (иногда до полного) вкрапленников микроклина серицитом с сохранением их очертаний. Кристаллы биотита часто содержат примеси магнетита.
Сильноизменённые кварцевые порфиры имеют серый цвет с буроватым оттенком, их порфировая структура подчёркивается лишь наличием вкрапленников голубого кварца. Вкрапленники микроклина в породе отсутствуют. Основная масса этих пород представлена кварцем, серицитом и изменённым биотитом. Серицит и биотит группируются в пленочные агрегаты, огибающие вкрапленники кварца. Они имеют сланцеватую неяснослоистую текстуру из-за прослоев, обогащённых кварцем, серицитом и биотитом.
Мои образцы, вероятно, относятся к категории сильноизмененных порфиров, так как они имеют хорошо выраженную сланцеватую текстуру и не содержат вкрапленников розового микроклина.
Вообще, наличие коры выветривания кварцевых порфиров позволяет предположить, что имел место длительный перерыв до начала отложения пород следующей геологической эпохи.
Почему вкрапленники кварца голубого цвета?
Первое, что обращает на себя внимание в этой породе это голубой цвет вкрапленников кварца. Как известно, разновидностей кварца много: прозрачный (горный хрусталь), желтый (цитрин), фиолетовый (аметист), дымчато-бурый (раухтопаз, не при минералогах будет сказано), черный (морион). И особняком стоит редкий кварц голубой окраски.
В чём причина голубого цвета кварца в кварцевых порфирах Лебединского месторождения железных руд? Изучила научные статьи и работы на эту тему, в том числе и довольно свежие, исследования Воронежского Государственного Университета 2019г.
Резюмируя данные научных работ, причины голубой окраски вкрапленников кварца следующие:
- Микроскопические включения различных минералов. Кварц имеет стабильную кристаллическую решетку и не может содержать большого количества примесей. Но сравнительный анализ показал, что в голубом кварце содержится наибольший комплекс микроэлементов и концентрация их в несколько раз выше, чем в обычном, например, темно-сером кварце. Геохимическое различие было выявлено по результатам проведенного спектрального анализа кварцев голубого и темно-серого цвета. Количество циркония в голубом кварце по сравнению с темно-серым больше в 3 раза, стронция — в 12 раз, ванадия— в 15, меди — в 20 раз. Оттенки в окрашивании кварца могут возникать за счет включений, содержащих цирконий, стронций, ванадий и медь. Определённые микроконцентрации титана также могут быть причиной голубой окраски.
Было установлено, что породы, имеющие в составе зерна голубого кварца, могут обладать повышенным содержанием благородных и редких металлов.
- Особая микроструктура зёрен кварца в Лебединских порфирах. Установлено, что кварц приобретает голубую окраску вследствие тончайшего (на уровне 1–5 микрометров) расслоения, которое может быть вызвано достаточно быстрым остыванием магмы либо обусловлено более поздним тектоническим воздействием. Основное влияние на возникновение окраски оказывают образующиеся вокруг микрочастиц кварца полости.
Для сравнения учёные взяли образцы белого и серого кварца из гранитов Павловского месторождения (Воронежская обл.) и кварца из железистых кварцитов Михайловского месторождения (Курская обл). Главной особенностью голубых зерен является их тончайшая "пластинчатая раздробленность". Обнаружено множество мельчайших пластинок размером 1–2 х 5–6 микрон со свободным пространством между ними. Это хорошо видно на приведённых ниже фотографиях микроскопического исслеедования. Подобное строение, возможно, способствует возникновению эффекта интерференции световой волны на границе микроблоков, что приводит к возникновению голубой окраски.
И еще одна особенность голубого кварца - при нагревании он обесцвечивается. Начинает светлеть уже при температуре нагревания до 150° . Полное обесцвечивание зерен голубого кварца происходит при температуре 400—450°. Возможно, это связано с нарушением микроструктуры зёрен, которая даёт голубую окраску.
