Блог

Юшкин Н. П.
Минералогический облик Урала

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ ОБЛИК УРАЛА

 Н. П. Юшкин

Институт геологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар

Урал представляет собой в геолого-тектоническом и минералогическом отношении структуру планетарного масштаба, которая в соответствии с общими принципами минералогического районирования в целом может рассматриваться в ранге минералогического пояса.

Использование минералов на Урале по данным минералого-археологических исследований началось, по крайней мере, с середины палеолита, может быть и несколько раньше, а научное исследование и накопление фиксированной минералогической информации относится к началу XVIII века, к развитию промышленного освоения минеральных ресурсов.

Урал сыграл колоссальную роль в зарождении и развитии российской минералогии, Урал – это ее колыбель, школа, вуз и творческий цех. Без Урала и мировая минералогия была бы более чем ущербной.

На Урале, в Березовском золоторудном месторождении, открыт первый российский минерал – крокоит, о чем его первооткрыватель Иоган Готлиб Леман сообщил на заседании Российской Академии наук 9 июня 1766 года. Впоследствии этот минерал, считавшийся «красной свинцовой рудой», был назван крокоитом. В нем был открыт новый элемент – хром, а состав минерала определен как Pb[CrO₄].

Специальных работ по общей минералогии Уральского пояса очень мало, но в общих чертах он описывается в обзорных работах по геологии и металлогении Урала.

Уральский минералогический пояс (суперпровинция) подразделяется на минералогические провинции – участки земной коры, характеризующиеся относительно однородным геологическим строением и развитием одних и тех же минеральных комплексов. Основной принцип выделения минералогических провинций – геологический: в ранге провинций выделяются регионы, характеризующиеся примерно одним и тем же режимом геолого-тектонического развития, одинаковыми особенностями осадконакопления, магматизма и метаморфизма. Границы минералогических провинций обычно совпадают с контурами крупных мегаантиклинориев и мегасинклинориев. Строго выдержать один и тот же принцип минералогического районирования трудно и нецелесообразно, так как, кроме естественных геолого-минералогических критериев, приходится учитывать и геолого-экономические, географические, иметь в виду уровень изученности, сложность, специфичность, значение регионов и другие факторы.

В качестве варианта минералогического районирования, представляемого на обсуждение, можно предложить систему минералогических провинций. Выделяется 29 провинций, объединяющихся в 6 групп, соответствующих главным структурным элементам Урала.

Перечислим их, отмечая наиболее характерные для каждой провинции или группы провинций минеральные комплексы.

Провинции Предуральского краевого прогиба охватывают предуральскую часть пояса, переходную от платформы к складчатому Уралу. Они включают и самую краевую часть Восточно-Европейской платформы, восточная граница проводится перед фронтом передовых крутых уральских складок. Пять минералогических провинций – Бельская, Уфимско-Соликамская, Верхне-Печорская, Косью-Роговская, Коротаихинская (здесь и далее перечисление с юга на север) – совпадают с крупными впадинами, устанавливаемыми по каменноугольно-пермским отложениям; древние толщи моноклинально погружаются на восток.

Провинции характеризуются резко преобладающим развитием седиментогенных минеральных комплексов всех типов – галогенных, карбонатных, терригенных. Галогенные и терригенные комплексы занимают ведущее положение в верхних частях разреза. Широко развиты комплексы кор выветривания. Минералогически интересными являются медистые песчаники. Эпигенетические минеральные комплексы, в основном, низкотемпературные, гидрогенные. Характерны минеральные ассоциации, формирующиеся на водонефтяных контактах и отмечающие следы миграции нефти. Минералогический облик различных провинций близок, но в то же время каждая из них характеризуется и специфическими особенностями. Так, для Уфимско-Соликамской провинции характерны галогенные, как сульфатные, так и хлоридные минеральные комплексы, для Верхне-Печорской – карбонатные, для Косью-Роговской впадины – комплексы, связанные с угленосными формациями, для Коротаихинской – терригенные; здесь же представлен минеральный комплекс пермо-триасовых базальтов, пожалуй, единственный магматогенный комплекс во всех этих провинциях.

Провинции миогеосинклинальной зоны  включают площадь западного склона и Центрально-Уральского поднятия. Каждая провинция выделяется в границах одноименного мегаантиклинория или крупного антиклинория: Уралтауско-Залаирская, Башкирская, Кваркушско-Каменогорская, Вогульская, Ляпинская, Лемвинская, Полярноуральская, Пайхойско-Южноновоземельская. Три из этих провинций, очень близкие по строению, можно было бы объединить в одну – Вогульско-Ляпинско-Лемвинскую.

Общим для всех провинций этой группы является наибольшая полигенность слагающих их минеральных комплексов и длительность геологического формирования. В большинстве провинций на поверхность выведены все генетические типы геологических образований, формировавшиеся в возрастном интервале около 2.2 млрд лет. На западном склоне на поверхность выходят палеозойские осадочные толщи, представленные всеми типами пород. В Центрально-Уральском поднятии в выступах обнажены древнейшие архейско-нижнепротерозойские отложения, метаморфизованные до гнейсов, местами бластомилонитов. Здесь известны проявления регионального метаморфизма всех ступеней, и все фации метаморфизма представлены соответствующими минеральными комплексами. Для всех провинций характерны полихронные магматические минеральные комплексы как интрузивной, так и эффузивной природы, кислые и основные, вплоть до ультраосновных. Устанавливается не менее восьми крупных этапов магматизма, выделяется более десяти вулканогенных и более тридцати интрузивных комплексов магматических пород. Широким распространением пользуются гидротермальные комплексы – от высокотемпературных до низкотемпературных. С перерывами в осадконакоплении связано формирование терригенных комплексов и кор выветривания.

Эта группа провинций характеризуется наличием различных типов месторождений полезных ископаемых: фосфоритов, бокситов, железистых кварцитов, сидеритов, магнезитов, меди, полиметаллов, редких и благородных металлов и многих других. По площади провинции занимают основную часть Урала.

Несмотря на общее геологическое и минералогическое сходство, отдельные провинции характеризуются специфическими особенностями. Например, Ляпинская и Полярноуральская провинции отличаются наиболее широким проявлением кислого магматизма, особенно интрузивного, гранитоидного, и широким развитием связанных с ним гидротермальных минеральных ассоциаций, а также метаморфических комплексов. Пайхойско-Южноновоземельская провинция характеризуется резким преобладанием седиментогенных и терригенных комплексов, слабым развитием магматизма, главным образом, основного, широким распространением минеральных ассоциаций телетермальной природы.

Провинции Главной эвгеосинклинальной зоны ограничиваются с запада Главным Уральским разломом, а с востока по разновозрастным разрывам граничат с блоками допалеозойской консолидации. В соответствии с геологическими особенностями эвгеосинклинальной зоны, здесь могут быть выделены шесть минералогических провинций – Магнитогорская, Тагильская, Арамильско-Натская, Варьякаульская, Сысертско-Ильменогорская, Щучинско-Войкарская. Ведущими минеральными комплексами в этой группе провинций являются вулканогенные, в меньшей степени седиментогенные (от ордовикских до среднекаменноугольных), магматогенные формации и интрузии ультрабазитов, базитов и гранитоидов, а также пегматитов. Широко представлены гидротермальные и метаморфогенные комплексы. Среди последних обращает на себя внимание уникальный, не повторяющийся комплекс высокобарических минералов, связанный с зоной субдукции. Для провинций пояса характерны крупные месторождения железа, хромитов, меди, полиметаллов, редких металлов, редких земель, хризотил-асбеста, антофиллит-асбеста, кианита, вермикулита, корунда, графита и др.

Провинции Восточноуральской зоны охватывают сложно построенную часть Восточной зоны, состоящую из поднятий (с нижнепалеозойскими породами или породами допалеозойского кристаллического основания в ядрах) и опусканий (с вулканогенно-осадочными породами силуро-карбона). В соответствии с общим структурным планом и топоминералогическими закономерностями здесь выделяются минералогические провинции – Восточно-Мугоджарская, Бурыктальская, Суундукско-Варламовская, Мурзинско-Адуйская, Салдинская, Копейско-Брединская, Алапаевско-Теченская.

Минеральные комплексы восточноуральских провинций очень разнообразны по природе. Отличительной особенностью является широкое развитие метаморфических комплексов, относящихся к высоким ступеням метаморфизма, а также гранитоидных комплексов; и те и другие связаны с гнейсово-мигматитовыми куполами. Характерны магматогенные минеральные комплексы ультраосновного и основного типов глубинной природы. Для провинций характерны месторождения хромитов, железа, меди, полиметаллов, редких металлов, хризотил- и антофиллит-асбеста, мусковита, граната и др.

Провинции Зауральской зоны примыкают к восточноуральским по Долматовско-Камышловской системе разломов. Выделяются две минералогические провинции – Денисовская и Валерьяновская, совпадающие с крупными структурными блоками с широким развитием полихронных вулканогенных минеральных комплексов, вулканогенно-седиментогенных и седиментогенных комплексов. На большей части территории провинций обнажаются мезо-кайнозойские отложения. Палеозойские седиментогенные комплексы в большинстве случаев погребены под их чехлом. К вулканическим центрам тяготеют субвулканические интрузии габбро-гранитоидной природы.

Мезо-кайнозойское Зауралье является восточным краем Западно-Сибирской эпипалеозойской платформы. На поверхность выходят мезо-кайнозойские седиментогенные и гипергенные комплексы.

Почти в любой из выделенных провинций в той или иной степени представлены все генетические типы минеральных комплексов, формирующих осадочный или вулканогенно-осадочный субстрат, интрузивные образования разной формационной природы и связанные с ними пегматиты, пневматолиты, гидротермалиты, метаморфические образования, гипергенные образования. Однако степень развития и типоморфные особенности и минеральных комплексов в различных провинциях специфичны.

На Урале можно выделить ряд минеральных комплексов, имеющих лишь косвенную связь со структурой и историей соответствующих минералогических провинций. К таким провинциальным комплексам относятся некоторые космогенные минеральные комплексы (комплексы минералов метеоритов, космической пыли, астроблем, фульгуритов и т. п.) и техногенные комплексы (отвалы, старые рудники и шахты, «хвосты» флотофабрик и т.п. и развивающиеся в них гипергенные минеральные комплексы). Следует выделять также биогенные минеральные комплексы.

В СССР и России наиболее традиционным объектом для изучения генеральных закономерностей геоминеральной эволюции является Уральский ороген, представляющий собой уникальную композицию полихронных и гетерогенных минеральных комплексов – палеоокеанического, нескольких островодужных, активной, пассивной и перикратонной континентальных окраин. Как известно, история систематической инвентаризации минералов началась здесь с первого их списка, составленного в 1735 г. В. И. Генниным – многолетним госуправляющим уральскими горными заводами –, в котором упоминалось 16 минеральных видов по современной классификации. В известном сочинении П. С. Палласа (1773, 1786) число видов увеличилось до 39, в работе И. Германа (Hermann, 1789) – до 41, после знаменитого путешествия немецкого минералога Г. Розе (Rose, 1837, 1842) – до 114, в списке В. М. Малахова (1876) перечисляется 158 минеральных видов, а в списке В. Яркова (1914), составленном на основании сводки Е. Н. Короткова, – 249 минералов. В очередной сводке, опубликованной только через 66 лет (Иванов, 1980), отмечено 650 видов и 120 важнейших разновидностей. Наконец, в 1986 г. группой авторов (Н. П. Юшкин, О. К. Иванов и В. А. Попов) было указано уже 806 видов и 269 разновидностей. Недавно опубликованный «Список» Ю. С. Кобяшева (Кобяшев, 2006) содержит более чем 1450 минералов. Сопоставление всех этих материалов показывает, что на Урале в течение длительного времени сохраняется весьма высокий темп прироста численности выявленных минералов, составляя даже в последние 25 лет порядка 20–50 минералов в год. Есть все основания считать, что и на ближайшие годы темпы такого прироста сохранятся на достаточно высоком уровне (Иванов, 2006), хотя азарт «охоты» за новыми минералами существенно ослаб, и по интенсивности новых открытий Урал уступает Кольскому полуострову и Камчатке.

Исключительно важная роль отводится региональным минералогическим музеям, отражающим минеральное разнообразие регионов.

Весь опыт минералогических исследований свидетельствует о том, что, кроме конкретной генетической информации, содержащейся в конституции и свойствах отдельных минералов, существует и специфическая геогенетическая информация, источником которой служат совокупные континуумы минералов. В рамках такого подхода к изучению геологических объектов в качестве постулатов выдвинуты следующие научные соображения (Юшкин, 1982; 1984; Юшкин и др., 1987): 1) минеральные континуумы в ходе геологической истории не остаются неизменными, а закономерно эволюционируют, отражая непрерывность и необратимость не только геологического, но и космического развития; 2) основными критериями эволюции минеральных континуумов в геологической истории являются изменения в распределении минералов по кристаллохимическим типам и классам, а также по таксонам кристаллографической симметрии; 3) оценка упомянутых изменений так называемой «структуры минерального мира» производится на основе частотных соотношений между фундаментальными рангами кристаллохимической и кристаллографической номенклатур; 4) в качестве универсальной характеристики степени развития минеральных континуумов используется информационная энтропия, рассчитывающаяся по эмпирическим распределениям. Практика показала, что подобный анализ следует рассматривать как неотъемлемую часть комплексной процедуры современных топоминералогических исследований (Юшкин, 1982; Силаев, Юшкин, 1985).

Как показали полученные ранее данные, совокупный минеральный континуум уральской трансконтинентальной геоструктуры по своему масштабу вполне сопоставим с минеральным континуумом земной коры. При этом было установлено, что для Урала в целом характерны три особенности его генеральной минералогии (Юшкин и др., 1986): 1) Урал лидирует среди одноранговых планетарных структур по масштабу и неоднородности своего минерального комплекса; 2) Урал отличается наивысшим видовым разнообразием минералов; 3) его минеральный комплекс имеет более глубинное происхождение, чем минеральные комплексы большинства других геоструктур. Недавнее опубликование Ю. С. Кобяшевым новой версии «Списка минералов» дает возможность значительного уточнения всех выше обозначенных параметров минеральной организации Урала как крупнейшего геологического объекта общепланетарного значения.

Результаты проведенного нами анализа упомянутого выше «Списка» показал следующее. Совокупный минеральный континуум Урала в сравнении с минеральным континуумом земной коры существенно обогащен простыми веществами, халькогенными соединениями и оксидами, но, напротив, обеднен галидами и кислородными солями. Еще более специфичен Урал по кристаллохимической структуре своего минерального комплекса. В сравнении с земной корой он гораздо менее обогащен халькогенными соединениями относительно простых веществ (в основном, самородных металлов), кислородными соединениями относительно бескислородных, силикатами и кислородными солями относительно оксидов. Следовательно, обнаруживается, что, в отличие от земной коры в целом, на Урале кристаллохимические пропорции в минеральном континууме сильно сдвинуты в направлении от халькогенных соединений к простым веществам, от кислородных соединений к бескислородным, от силикатов и кислородных солей к оксидам. Таким образом, можно констатировать, что Урал действительно характеризуется скорее «мантийным», чем «земнокоровым» комплексом минералов.

В связи с выводом о существенно глубинном происхождении уральского минерального континуума весьма показательным являются результаты сопоставления последнего с минеральным континуумом европейского Северо-Востока России (Силаев и др., 2003). Как следует из этого сопоставления, упомянутый регион практически по всем кристаллохимическим параметрам является переходным от Урала к земной коре в целом. Совершенно очевидно, что промежуточный статус рассматриваемого региона обусловлен тем, что в его состав входят не только Приполярный и Полярный Урал, но и сугубо континентальные структуры – Тиманский кряж и Печорская плита.

Большой интерес с точки зрения оценки минеральной организации геологических объектов представляют результаты так называемого кристаллосимметрийного анализа, в основе которого лежат статистические законы распределения минералов по категориям, классам и видам кристаллографической симметрии (Шафрановский, 1968, 1983). В контексте упомянутых законов эволюция сложных минеральных систем может рассматриваться как вполне закономерная генеральная тенденция сокращения доли кубических минералов и, напротив, возрастания доли моноклинных минералов (Юшкин и др., 1987).

Следует отметить, что распределение минералов по симметрии статистически корреспондируется с их кристаллохимической природой. Последнее обычно воспринимается как проявление более общего закона Федорова-Грота об обусловленности симметрии минералов их химическим составом. Считается, что с ростом сложности состава минералов снижается их симметричность (Поваренных, 1966). В последнее время в развитие этих представлений появилась хорошо обоснованная идея Б. В. Чеснокова связывать кристаллосимметрийную неоднородность минеральных континуумов с вхождением в структуру минералов H⁺, OH^–, H₂O – так называемых «пожирателей симметрии». Было показано, что все известные минералы можно разделить на две генетически противоположные группы: 1) «гидритов», содержащих протоны и (или) водные группы и характеризующихся резким преобладанием моноклинных минералов; 2) «ангидритов», не содержащих протоны и водные группы и отличающихся множеством кубических минералов (Чесноков, 2001, 2005).

Проведенный анализ показал, что распределение уральских минералов по сингониям весьма заметно отличается от такового в земной коре. Это может быть выражено через сравнение последовательностей сокращения встречаемости сингоний: земная кора:  M > P > K > Г > ТЕТ > ТРИГ >ТРК;  Урал:  М > К > Р > ТРИГ > Г > ТЕТ > ТРК. Корреляция приведенных последовательностей показывает, что в отличие от кубически-ромбически-моноклинного по симметрии минерального континуума земной коры минеральный континуум Урала является ромбически-кубически-моноклинным. Причину такого расхождения легко увидеть в различиях распределения по сингониям минералов, относящихся к разным кристаллохимическим типам: простые вещества: К  > Г > Р > ТЕТ > М > ТРИГ > ТРК; оксиды:  Р > М > К > ТЕТ > ТРИГ > Г > ТРК;  халькогенные соединения: Р > К > М > Г > ТЕТ > ТРИГ > ТРК;  силикаты: М > Р > ТРК > Г > ТЕТ > ТРИГ > К; кислородные соли: М > Р > ТРК > ТРИГ > Г > ТЕТ > К. На основании этих последовательностей можно сделать вывод о том, что минерально-симметрийные расхождения земной коры и Урала обусловлены именно кристаллохимическими различиями их минеральных континуумов: Урал, в отличие от земной коры в целом, характеризуется относительным обогащением самородными металлами, халькогенными соединениями и оксидами.

Кроме того, анализ показал, что статистическое распределение минералов по сингониям может отражать не только самую общую тенденцию минеральной эволюции космических и геологических объектов, но и некоторые более конкретные закономерности. В частности, использование системы координат «индекс симметричности – энтропия распределения по сингониям» (Юшкин и др., 1987) показывает, что кристаллосимметрийная структура минеральных континуумов, вероятно, зависит от геологического возраста сопоставляемых геотопосов. Об этом свидетельствует тот факт, что в направлении от более древних геологических объектов к более молодым минеральные континуумы становятся все менее кристалло-симметричными. Возможно, выявляющийся тренд отражает в целом необратимый характер глобальной минеральной эволюции.

Составленный Ю. С. Кобяшевым список уральских минералов почти в два раза расширяет реестр минералов, впервые открытых именно на Урале. Это дает возможность определить статистические характеристики и в отношении этих минералов. Полученные результаты оказались очень примечательными. Выяснилось, что среди минералов, впервые открытых на Урале, преобладают оксиды, вообще играющие в минеральных континуумах как самого Урала, так и земной коры подчиненную роль. Как нам представляется, столь неожиданный результат объясняется тем, что треть из открытых на Урале минералов приходится на XVIII–XIX века, а еще четверть – на период, предшествующий массовому внедрению в минералогическую практику электронно-микроскопических и микрозондовых методов исследования. Понятно, что на протяжении всего этого времени объектом исследований становились преимущественно приповерхностные и крупнокристаллические минерализации.

Существенное влияние на динамику и номенклатуру открываемых на Урале минералов оказывает также очевидно «прикладной» и теоретически-философский статусы минералогических исследований и относительно низкий уровень претензий на открытие новых минералов в большинстве уральских научно-исследовательских геологических учреждений. Из нашего опыта следует, что появление в таких учреждениях даже небольших, но глубоко специализированных минералогических групп быстро приводит к наращиванию минералогической информации. Это, в частности, можно показать на примере Полярно-Уральской минералогической группы, которая, просуществовав только пять лет, обеспечила, тем не менее, около 65–70 % прироста выявленных на Урале минералов, приходящихся на Институт геологии Коми научного центра УрО РАН.

Мы ограничились лишь анализом кадастровых данных, хотя важные минералогические закономерности выявляются из пространственно-временнóй минералогической информации, из исследования конституции, свойств и типоморфизма минералов, из морфологических и структурно-текстурных исследований, из анализа строения минеральных тел. Некоторые особенности выступают весьма отчетливо: например, обращает на себя внимание, что минералообразование практически любого типа на Урале идет в условиях преимущественного сжатия, а растяжение проявляется лишь локально. Поэтому здесь столь широко и многообразно развитие процессов метасоматоза, резко превалирующих над процессами выполнения. Выявление подобных закономерностей является перспективной задачей минералогических исследований.

Выражаю благодарность В. И. Силаеву за выполнение информационных минералогических характеристик по новым кадастрам.

Подписи к рис. ст. Юшкин

Рис. 1. Минералогические провинции Урала.

I — провинции Предуральского краевого прогиба (с прилегающими частями Русской плиты): I₁— Бельская, I₂ — Уфимско-Соликамская, I₃ — Верхне-Печорская, I₄ — Косью-Роговская,I₅ — Коротаихинская;

II — провинции миогеосинклинальной зоны (западная подзона и Центрально-Уральское поднятие): II₁ — Урал-тауская, II₂ — Башкирская, II₃ — Кваркушско-Каменногорская, II₄ — Вогульская, II₅ — Ляпинская, II₆ — Лемвинская, II₇ — Полярноуральская, II₈ — Пай-хойско-Южноновоземельская;

III — провинции Главной эвгеосинклинальной зоны: III₁ — Магнитогорская, III₂ — Тагильская, III₃ —  Арамильско-Исетская, III₄ — Варья-паульская, III₅ — Сысертско-Ильменогорская, III₆ — Щучьинско-Войкарская;

IV — провинции Восточно-уральской зоны: IV₁— Восточно-Мугоджарская, IV₂— Бурыктальская, IV₃— Суундукско-Варламовская, IV₄— Мурзинско-Адуйская, IV₅— Салдинская, IV₆— Копейско-Брединская, IV₇— Алапаево-Теченская;

V — провинции Зауральской зоны: V₁— Денисовская, V₂ — Валерьяновская;  

VI — мезо-кайнозойское Зауралье.

Рис. 2. Динамика роста численности минералов Урала.