Введение

В геологии вена – это обособленное пластинчатое тело, состоящее из кристаллизованных минералов внутри горной породы. Вены формируются, когда минеральные компоненты, переносимые водным раствором в объеме породы, отлагаются в результате осаждения. Гидравлический поток, как правило, обусловлен гидротермальной циркуляцией. Традиционно считается, что вены представляют собой плоские трещины в породах, где рост кристаллов происходит перпендикулярно стенкам полости, а кристаллы выступают в открытое пространство. Безусловно, именно так формируются некоторые вены. Однако в геологии редко сохраняется значительное открытое пространство в больших объемах породы, особенно на глубине нескольких километров. Таким образом, выделяют два основных механизма, наиболее вероятных для образования вен: заполнение полостей и рост за счет герметизации трещин.

Заполнение открытого пространства

Наполнение открытого пространства является характерной особенностью эпитермальных жильных систем, таких как штокверки, в грейзенах или определенных скарновых обстановках. Для эффективного протекания заполнения открытого пространства, ограничивающее давление обычно считается ниже 0,5 ГПа, или менее. Жилы, сформированные таким образом, могут демонстрировать коллоформное, агатоподобное строение, состоящее из последовательных кайм минералов, расходящихся от центров кристаллизации на стенках жилы и, по-видимому, заполняющих доступное открытое пространство. Часто наблюдаются признаки кипения флюида. Ву́дги, полости и геоды – все это примеры явлений заполнения открытого пространства в гидротермальных системах. Альтернативно, гидравлический разлом может создать брекчию, которая затем заполняется жильным материалом. Такие брекчиевые жильные системы могут быть весьма обширными и формировать таблитчатые наклонные пласты, диатремы или латерально протяженные ма́нто, контролируемые границами, такими как сбросы, компетентные осадочные слои или покрывающие породы.

Крепко-пломбированные вены

В макроскопическом масштабе образование жил контролируется механикой разрушения, обеспечивая пространство для осаждения минералов, и может быть описано критерием прочности Мора-Гриффита-Кулона. Критерий разрушения определяет как напряжение, необходимое для образования трещины, так и её ориентацию, поскольку на диаграмме Мора можно построить огибающую разрушения, которая разделяет стабильные и нестабильные состояния напряжений. Огибающая сдвига приближается парой линий, симметричных относительно оси σn. Как только круг Мора касается линий огибающей разрушения, представляющих критическое состояние напряжения, образуется трещина. Точка круга, которая первой касается огибающей, определяет плоскость, вдоль которой происходит образование трещины. Образование новой трещины приводит к изменению поля напряжений и прочности на растяжение разрушенной породы, а также к снижению величины напряжения. Если напряжение снова возрастает, новая трещина, скорее всего, образуется вдоль той же плоскости трещины. Этот процесс известен как механизм самозакрытия трещин.

Считается, что жилы самозакрытия трещин формируются довольно быстро в процессе деформации путем осаждения минералов в формирующихся трещинах. Это происходит быстро по геологическим меркам, поскольку давление и деформация не позволяют поддерживать большие открытые пространства; как правило, размер пространства составляет миллиметры или микрометры. Жилы увеличиваются в толщину за счет повторного открытия трещины и постепенного осаждения минералов на поверхности роста, а также за счет их разрушения.

Тектонические последствия

Вены обычно нуждаются либо в гидравлическом давлении, превышающем гидростатическое (для образования гидравлических трещин или гидрофрактурных брекчий), либо в наличии открытых пространств или трещин, что требует плоскости протяжения в массиве горных пород. Следовательно, во всех случаях, кроме образования брекчий, вена отражает плоскость протяжения в массиве горных пород, с допустимой погрешностью. Измерение достаточного количества вен статистически определяет плоскость главного растяжения. В условиях пластичной деформации при сжатии это, в свою очередь, может предоставить информацию о напряжениях, действовавших во время образования вены. В условиях растяжения вены обычно располагаются приблизительно перпендикулярно оси растяжения.

Минерализация и венирование

Вены – распространенные образования в горных породах, свидетельствующие о движении флюидов по трещинным системам. Вены предоставляют информацию о напряжениях, деформациях, давлении, температуре, происхождении и составе флюидов в процессе их формирования. Типичными примерами служат золотоносные жилы, а также скарновые минерализации. Гидроразрывные брекчии являются классическими объектами для поиска рудных месторождений, поскольку характеризуются интенсивным флюидопроявлением и наличием открытого пространства для отложения рудных минералов. Руды, связанные с гидротермальной минерализацией и ассоциирующие с венами, могут состоять из материала жил и/или вмещающей породы.

Золотоносные вены

Во многих золотых рудниках, разрабатывавшихся во время золотых лихорадок XIX века, в качестве рудного материала обычно искали только вкрапленные минералы. В большинстве современных рудников рудный материал состоит главным образом из вкрапленных минералов и некоторой части вмещающих пород, окружающих эти вкрапления. Различие между горнодобывающими технологиями XIX и XXI веков, а также типом добываемой руды, обусловлено содержанием полезного компонента в добываемом материале и используемыми методами добычи. Исторически ручная добыча золотых руд позволяла шахтерам отбирать кварцевые жилы или рифовый кварц, что давало возможность разрабатывать наиболее высокосортные участки жил без примеси неминерализованных вмещающих пород. Современная добыча, использующая крупногабаритную технику и оборудование, вынуждает шахтеров извлекать вместе с рудой низкосортную пустую породу, что приводит к снижению содержания полезного компонента. Однако современные методы добычи и анализа позволяют выявлять низкосортные, но значительные по объему минерализованные зоны, в которых золото невидимо невооруженным глазом. В этих случаях вкрапленность является подчиненной формой проявления минерализации и может служить лишь индикатором метасоматизма вмещающих пород, содержащих низкосортную минерализацию. По этой причине в гидротермальных золотых месторождениях жилы больше не являются единственной целью добычи, и в некоторых случаях золотая минерализация полностью ограничена измененными вмещающими породами, в которых располагаются полностью бесплодные кварцевые жилы.