Статья: Периодические гравитационные текстуры в никелин-раммельсбергитовых отстойниках 6аритовых жил Рудных гор

Ю. М. Дымков, Г. А. Дымкова, И. Ю. Федорова

Онтогеническим анализом уникальных слоистых гравитационных текстур и сферолитовых сростков никелина и раммельсбергита выявлен дендритный механизм последовательного роста слоев, а также одновременный рост сфероидолитов никелина, сферолитов и зернистых масс раммельсбергита в гелевых осадках арсенидов никеля. Среди осадков, образующихся в "отстойниках"(*) крустификационных жил, можно выявить гравитационные периодические текстуры, в которых слои минеральных агрегатов, отличающихся по структуре или составу, неоднократно сменяют друг друга в виде более или менее отчетливых ритмов (настурановый уровень из Пршибрама, кварц-диккитовый уровень из Яхимова и др. [4]).

(*) "Отстойник" - участок рудной жилы над ее пережимом, тектонической или кристаллизационной пробкой, а также в закрытых снизу, сообщающихся с жилами полостях, где в застойных условиях из гетерогенных растворов оседает взвешенный материал и образуются в конечном итоге минералогические уровни. Термин изначально - технический; на его использовании в минералогии в свое время настаивал В. И. Степанов.

Можно говорить о двух видах периодичности; о морфоструктурной (в том числе размерной) и фазовой (минералогической). В первом случае в периодических мономинеральных наслоениях каждый ритм повторяет предыдущий, сохраняя в целом свои текстурные или структурные особенности. В простейшем примере ритм начинается с тонкозернистого агрегата и заканчивается крупнозернистым, обычно окристаллизованным (с друзовой эвгедральной поверхностью). Следующий ритм также начинается с тонкозернистого агрегата и заканчивается крупнозернистым п т. д. Подобные различия, вызванные геометрическим отбором, наблюдаются в слоях, сложенных скелетными кристаллами или дендритами [1], а также сферолитами [З]. При фазовой периодичности один минерал чередуется с одним или двумя другими минералами, образуя би-, три- (и т. д.) минеральные ритмы. Существуют также разные смешанные виды периодичности, прежде всего, фазовоструктурные, где в каждом ритме происходит не только смена минералов, но и структур. Общие вопросы физико-химии периодических текстур обсуждались Ф. М. Шемякиным и П. В. Михалевым [6]. Имеется ряд более новых минералогических исследований [2, 5], но в большинстве из них рассматриваются примеры, связанные с метасоматическими процессами, т. е. с образованием периодических текстур в твердой фазе. Определенный интерес вызывают периодические никелин-раммельсбергитовые текстуры, изученные нами по коллекционным образцам из баритовых жил с верхних горизонтов месторождения Шлема-Альберода (ГДР), минералогически охарактеризованном в работах [7, 8].

В общих чертах строение никелиновых отстойников, реконструированных по образцам, отличается следующими особенностями: 1. Отстойники образовались в пустотах крустификационных баритовых жил, нацело заполняя пространство между пристеночными друзами пластинчатых (в срезе линзовидных) кристаллов розового барита (рис. 1,а). 2. Отстойники сложены субпараллельными слоями, представляющими собой равномерно почковидные сферолитовые корки никелина, и покрытыми прерывистыми или непрерывными тонкими корками раммельсбергита (рис. 1,6, 2). З. В пределах каждого сферолитового слоя (корки) никелина все сферолиты образуются последовательно друг за другом, частично нарастая на предыдущие, т. е. корки разрастаются от зальбанда к центру (или к другому зальбанду) жилы (рис. 1-б.). 4. Во всех приполированных образцах отчетливо видна общая для всех никелин-раммельсбергитовых гнезд закономерность в строении слоистого агрегата. По мере кристаллизации с каждым ритмом по направлению со дна полости кверху постепенно уменьшаются радиусы сферолитов никелина. С их уменьшением возрастает число сферолитов в слое и количество слоев, т. е. с каждым ритмом увеличивается количество выпавших зародышей никелина на единицу объема или площади и число центров кристаллизации в растворе. Почти каждый основной ряд или слой сферолитов никелина, образующих ритм, сопровождается одним-двумя более короткими, "недоразвитыми", ритмами, состоящими из нескольких мельчайших сферолитов никелина, вследствие чего происходит небольшое искривление никелиновых слоев (рис.2). 5. В некоторых отстойниках слоистый никелин-раммельсбергитовый агрегат смят в S-образные складки. Пластические деформации никелиновых корок как-то связаны с появлением скрытокристаллического "гель-раммельсбергита", цементирующего отдельные разрывы в корках. 6. Никелин и раммельсбергит как минеральные виды не отличаются какими-либо физическими и химическими особенностями. Микрозондовый анализ на приборе "Саmebax", как и расчеты рентгенограмм никелина и раммельсбергита, не показали заметных отличий от стандартных образцов.

Более четкое представление о закономерностях образования сферолитовых корок дали графики хода ритмического процесса кристаллизации. С этой целью полированные пластинки изученных образцов разбивали сеткой IХI см, а затем в пределах поперечной (по отношению к слоистости) ленты прослеживали изменение мощности ритмов в каждом квадрате. Измерялась мощность каждого ритма и толщина слоев в ритме, были построены графики, показывающие, что соотношение между толщиной полос отложений никелина и раммельсбергита при ритмической кристаллизации остается приблизительно одинаковым. В начале процесса соотношение Rh(3)/Rp(0,3) = 10; в конце Rh(0,8 - 0,3)/Rp(0,8 - 0,0) = 10 (здесь R - радиус сферолитов, мм). В участках нарушения такого соотношения ритмичность теряется и появляется более толстый (до 2 см) слой, точнее, прожилок инъецирующего раммельсбергита, после чего вновь в отложениях появляется ритмичность с прежним соотношением в толщине полос никелина и раммельсбергита(рис.2). С каждым новым ритмом структура агрегата становится более мелкозернистой, поскольку на структуру зернистого агрегата влияет число центров кристаллизации: чем их больше, тем, естественно, будет и более мелкозернистой сферолитовая структура.

Сферолиты никелина асимметричны и могут быть отнесены к сфероидолитам [4]. С классических позиций Б. Попова [9], отчасти это сферокристаллы, так как они образуются в результате расщепления кристаллических субиндивидов, из которых большинство представляют собой обыкновенные сфероидолиты, образовавшиеся из многочисленных центров вокруг сферолитов раммельсбергита. Как отмечалось, в почковидном слое каждый последующий сферолит облекает часть сферической поверхности предыдущего, а затем сам облекается последующим. Механизм огибания лучом сферолита основан на последовательном возникновении в нем многочисленных новых центров расщепления (рис.1, в). Возможно, появлением именно таких центров может быть объяснена разница в твердости облекающих предыдущий сферолит участков (в среднем Н50 = 439 х 9,8 МПа) и участков вблизи собственной сферической поверхности (Н = 429 х 9,8 МПа). В результате травления разбавленной азотной кислотой и особенно смесью Н202 + Н2S04 выявлена тонкая зональность роста и пластинчатое двойниковое строение лучистых субиндивидов (лучей), слагающих сфероидолиты никелина. В текстурном плане можно говорить о двух видах выделений раммельсбергита: сплошные плотные массы "цементируют" его и как бы смещают при этом отдельные сферолиты никелина; тонкие сферолитовые корки раммельсбергита покрывают внешние зоны никелиновых сферолитов, разграничивая слои никелина и подчеркивая тем самым ритмы (рис.2). В лучах сферолитов никелина можно встретить редкие никелиновые сферы (R = 0,0 n мм), которые при более высоком увеличении оказываются округлыми многогранниками. Судя по угасанию, они монокристалличны и срастаются в двойниковом положении с лучом. Более поздняя генерация выполняет трещины в лучах сферолитов. В центре радиально-блоковых или секториальных кристаллов никелина гексагональных и более сложных сечений (двойники) можно обнаружить мелкие (0,0 n мм в ребре) тетрагональные призматические кристаллы минерала бледно-розового цвета с более высокими по сравнению с никелином твердостью и отражением, не протравливающегося в смеси кислот. Кристаллы в сечении представлены квадратами, треугольниками и вытянутыми прямоугольниками, т. е. могут быть отнесены к тетрагональной сингонии и, судя по всему, принадлежат к маухериту (Ni3As4). Существует, по меньшей мере, две генерации этого минерала: первая (идиоморфные призмы) является центром зарождения кристаллов никелина, вторая (со слабо пониженной твердостью) использует эти призмы как центры для последующего от них эпитаксического разрастания и незначительного замещения никелина.

Раммельсбергит образует плотные неравномерно-зернистые, а в целом тонкокристаллические агрегаты, характерные для описываемых в старинных саксонских работах "гель-минералов". Твердость основной массы раммельсбергита Н= (560 +- 680) х 9,8 МПа. До травления в плотной массе раммельсбергита в поляризованном свете и на сколах четко различимы линзовидные сильно вытянутые двойники (двойниковый шов по удалению лейст), сцементированные зернистым агрегатом. В отдельных образцах лейсты в сферолитах раммельсбергита имеют дендритообразное строение: полисинтетически сдвойникованное, обычно сильно вытянутое зерно раммельсбергита состоит из двух разделенных прямолинейной границей субиндивидов, обладающих "полудендритным" строением, т. е. разветвленных с одной (внешней) стороны на контакте с тонкокристаллическим зернистым агрегатом раммельсбергита. В результате травления азотной кислотой выявляется сложное строение зернистого агрегата раммельсбергита он состоит, по меньшей мере, из трех компонентов: протравленные (как и сдвойникованные лейсты) изометричные зерна сцементированы непротравившейся фазой. Как показывает изучение под электронным микроскопом, в мел- козернистом (1 - З мкм) агрегате имеется еще более тонкозернистый (0,2 - 0,5 мкм) агрегат, а также цементирующая их масса и обилие тонких (50 - 100 нм) включений в лейстах.

При напылении графита в вакууме на одном из двух полированных сечений гель-раммельсбергита появился характерный для яшм рисунок чередующихся волнистых полос, огибающих неопределенные препятствия таким образом, что вокруг них возникли петли, между ними выпуклые зональные выступы, направленные во всех полосах в одну сторону. Такой типичной для диффузионных процессов текстуре, по-видимому, свойственны тонкие в количественном отношении химические различия, которые не выявляются электронным микрозондированием. Травлением массивного раммельсбергита смесью перекиси водорода и серной кислоты в других разрезах выявляются сходные текстуры с равномерно-зернистыми полосами, различающимися по размеру зерен и структуре. Границы между полосами энгедральные кристаллизационные с вектором разрастания, совпадающим с вектором фронта диффузии. По эффекту иризации в косом свете протравленных полос сплошного раммельсбергита можно определить его сферолитовое строение: крупные (до 1 см) тонковолокнистые сферолиты образуют зональную массу, на которую отлагается никелиновая корка.

Сферолиты никелина обрастаются тонкой прерывистой коркой раммельсбергита, отчасти прекращающей рост никелинового слоя. Корка состоит из мельчайших, в одних случаях радиально - , в других - хаотично расположенных сдвойникованных кристалликов, которые могут быть выявлены лишь после длительного травления. Собственные сферолиты раммельсбергита имеют более тонкие (на порядок) и частично неупорядоченные субиндивиды. Их сферическая ростовая поверхность более гладкая. В многочисленных мелких пустотах (по существу в порах), наблюдаемых в некоторых образцах на контакте между ритмами, раммельсбергит всегда находится на дне пустот и нередко встречается в виде радиально-расщепленных кристаллов. В отличие от никелиновых слоев, в целом однообразных, корки раммельсбергита в разных ритмах не всегда одинаковы по строению. В одних ритмах сфероидолиты никелина покрываются раммельсбергитом в виде корки или сростков радиально-блоковых субгедральных кристаллов, в других - это сложно сдвойникованные плоскогранные кристаллы с фиброкристаллическими (нормально расщепленными) пирамидами роста, в третьих тонковолокнистые сферолиты и т. д. Корки раммельсбергита местами отделены от последующего верхнего слоя никелина угловатыми или щелевидными пустотами, но в основном никелин нарастает непосредственно на раммельсбергит. Поледний в пустотах занимает нижние стенки (дно), на верхних (нависающих) стенках можно встретить лишь его одиночные сферолиты или кристаллы. (В пористых периодических агрегатах слой раммельсбергита нередко состоит из двух разновозрастных выделений, а именно, - сферолиты раммельСбергита, обрастаемые никелином покрывающего слоя, и более поздняя зернистая масса либо мелкие сферолиты, обрастающие никелни снизу слоя, т. е. на верхних стенках щелевидных пустот. Этот относительно поздний раммельсбергит, синхронный со сферолитами раммельсбергита следующего ритма, создает впечатление цементации и замещения им никелина).

Сфероидолитовые корки никелина пассивно обрастают раммельсбергит, однако при больших увеличениях видны признаки замещения раммельсбергита никелином и редко наоборот. Больше выделяются многочисленные и своеобразные признаки одновременного роста сфероидолитов никелина и сферолитов раммельсбергита. В косых срезах, где выявляется дендритный рост арсенидов, видны многочисленные центры расщепления раммельсбергита. Поскольку ритм NiAs --> NiAs2 характерен для проявившегося в Рудных горах арсенидного процесса, допускается ритмичное отложение пары никелин раммельсбергит в течение всего процесса.

Однозначные онтогенические признаки указывают на образование никелин-раммельсбергитовых текстур в осадках на дне открытых полостей (отстойники) и на высокую пластичность периодических никелин-раммельсбергитовых текстур, сохраняющуюся до последних моментов их формирования. В отношении геохимии отметим, что смена крупносферолитовых слоев никелина мелкосферолитовыми свидетельствует о повышении концентрации мышьяка или никеля к концу процесса. Смена NiAs --> NiAs2 говорит о повышении парциального давления (активности) мышьяка, а последовательное, хотя и скачкосбразное уменьшение величины зерен в агрегатах раммельсбергита, показатель увеличения пересыщения растворов мышьяком вплоть до образования гелей, пропитывающих уже сформировавшийся агрегат и cоздающий "смазку" между кристаллами, обусловившую возможность пластических деформаций периодических текстур. С выпадением геля NiAs2, по-видимому, связано обеднение раствора мышьяком; в массе геля и на ранее образованных корках никелина возникают кристаллы маухерита, вокруг которых формируются мелкие эвгедральные кристаллы никелина.

Механизм роста уникальных во многом текстур долгое время не удавалось расшифровать. При распиловке образцов ошибочно предусматривались лишь поперечные срезы и не было ни одного послойного. Исследование поперечных срезов однозначно показало: 1. Почковидные корки растут последовательно, т. е. каждый последующий слой формируется лишь после завершения (на участке кристаллизации) предыдущего. 2. Каждый слой начинает расти от стенки полости к центру (или к другой стенке полости) и растет в том же направлении, что и предыдущий. З. Каждый последующий сферолит в слое растет в пределах слоя после формирования предыдущего сферолита. Здесь мы видим своего рода послойное "сканирование" зарождений... Единственный срез, ориентированный под небольшим углом к плоскости наслоения, показал признаки дендритного роста сфероидолитов никелина и раммельсбергита, однако площадь этого среза невелика.

Более полно расшифровать такие структуры удалось лишь в результате поиска аналогичных структур среди других минералов. Почковидный агрегат с направленным (векторным) разрастанием сферолитов в корке установлен для тодорокита с Урала (образец Б.З.Кантора) и для барита из Керченского месторождения (образцы В.А.Слётова). Приполировка основания корки сфероидолитового барита позволила подтвердить механизм роста такого рода структур: корка разрасталась как ветвящийся сфероидолитовый дендрит.

Необходим специальный поиск ответа на вопрос, с чем связан механизм периодического и вместе с тем постепенно нарастающего пересыщения раствора (или осадка) мышьяком. В результате периодического выпадения геля NiAs2 происходит кратковременное, однако настолько существенное обеднение раствора мышьяком, что в дисперсной раммельсбергитовой массе образуются в отдельных слоях редкие мелкие кристаллы маухерита, вокруг каждого из которых формируются кристаллы или розетки никелина: вып.NiAs2 --> NiAs --> вып.NiAs2 --> Ni3As2 --> NiAs --> вып. NiAs2 -- NiAs...,,,

Остается не вполне ясным, происходила ли кристаллизация ритмов по мере последовательного послойного отложения осадков с последующим осаждением при резком пересыщении геля раммельебергита или же ритмы кристаллизовались в результате химических реакций в условиях встречной диффузии компонентов в первичном вязком осадке теля [5], заполнившем всю нижнюю часть друзовой полости (рис. 1). Такого рода ритмичная кристаллизация, как предполагается в работе [4], зафиксирована в детально изученных Б. В. Бродиным [1] периодических текстурах дендритов самородного висмута и диарсенидов Ni - Со. В нашем случае форма сфероидолитов никелина и дендритная (в плане) текстура ритмов свидетельствует, скорее, о кристаллизации сфероидолитовых корок в пределах слоя дисперсоида или геля, периодически осаждающегося в результате химических реакций из раствора. Остатки геля NiAs2 играли роль "смазки" между зернами раммельсбергита и сфероидолиты какое-то время находились, таким образом, в пластичной матрице.

На рис.: Никелин-раммельсбергитовый отстойник (З) в баритовой жиле (2) с оторочкой сидерита (1). Схема строения: а - общий вид; б - пластическая деформация слоев; в - схема строения слоев: 4 - анкерит; 5 - сфероидолиты никелина; 6 - раммельсбергит.

Список литературы

1. Бродин В. В. Вопросы генезиса мирмекитовых, дендритовых н сферолитовых структур минеральных агрегатов. В кн. "Генезис минеральных индивидов и агрегатов (онтогения минералов)" . М. "Наука", 1966.

2. Васильева А. И. Морфогенетические особенности ритмических структур и их роль в выяснении условий рудообразования. М. "Наука", 1970.

3. Дымков Ю. М., Стрелкина Е. М. Минералогический уровень настурана. В кн. "Текстуры и структуры урановых руд эндогенных месторождений". М."Атомиздат", 1977.

4. Дымков Ю. М. Парагенезис минералов ураноносных жил. М. "Недра", 1985.

5. Поспелов Г. Л. Парадоксы, геолого-физическая сущность и механизмы метасоматоза. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1973.

6. Шемякин Ф. М., Михалев П. Ф. Физико-химические периодические процессы. М.: Изд-во АН СССР, 1983.

7. Barsukov V.S., Веlyayev I.F., Sегееwа N., Sokоlоvа N.T. - // Z.f. Angewandte Geol. 1968. 14, 10., 512519.

8. Наrlass Е., Schudzеl H. - // Z.f. Angewandte Geol. 1965. 11, 10., 512524.

9. Ророff В. Sрhагоlithenbап und strahlungs Кristallisationiоп. // Latv. Farm. Zurn. 1934.

Источник: Опубликовано в сб. "Минералогический журнал", "Наук.Думка", 1991,- 13, 1.