Понятие парагенезиса, генезиса и типоморфизма минералов.

Парагенезис минералов1. Этот термин, понимавшийся как «совмест_ ное нахождение минералов», был введен в геологическую литературу в 1849 г. Брейтгауптом. Однако впервые, задолго до этого (в 1798 г.), то же понятие под названием «смежность минералов» было предложено нашим русским ученым В.М. Севергиным. В 1923 г. В. И. Вернадский предложил назвать совместное нахождение минералов в одном и том же минеральном теле «минеральной ассоциацией», в отличие от термина «парагенезис», которому он придал другой смысл. Он подчеркнул, что начала этого учения связаны еще с наблюдения_ ми древних рудокопов, искавших спутники металлических руд и драгоценных камней. «Они первые, не зная того, изучали минеральные ассоциации». Давно было установлено, например, что галенит (PbS), с которым часто связано серебро, как правило, встречается совместно со сфалеритом (ZnS). Точно так же широко распространены месторождения, в которых золото ассоциирует с кварцем, киноварь (HgS) — с антимонитом (Sb2S3) и т. д. В настоящее время в этой области накопился огромный эмпирический материал, оказывающий большую помощь при проведении поисково-разведочных работ. «Парагенезисом» Вернадский назвал «все минеральные ассоциации, известные для какого-нибудь минерала или химического элемента», для чего предлагал учитывать минеральные тела, в которых данный минерал встречается, минеральные ассоциации и генерации. К сожалению, Вернадский не привел конкретных примеров, которые иллюстрировали бы это положение. Однако в другом месте своей работы он указал на необходимость «изучения закономерностей сочетания минералов — их парагенезиса». В таком понимании эта задача приобретает особый интерес в минералогии. Богатейший минералогический материал, полученный при детальном изучении разнообразных горных пород и руд, позволил значительно углубить исследования в этом направлении. Минералоги выяснили, что при процессах минералообразования в зависимости от физико-химических условий и взаимодействия растворов с окружающей средой на каждой стадии развития этих процессов возникают определенные парагенетические ассоциации как совместно образовавшиеся группы минералов в данном минеральном теле. Характерно, что каждая такая группа отражает свои условия образования минералов. Для ясности остановимся на следующем простом примере. Нередко в одном и том же штуфе руды среди совместно наблюдаемых минералов устанавливаются две или несколько различных по времени образования и происхождению групп минералов. Например, лимонит (гидроокислы железа) и малахит (карбонат меди) часто наблюдаются совместно с полуразрушенными сульфидами меди и железа (например, пиритом (FeS2) и халькопиритом (CuFeS2)). Однако геологические данные всегда показывают, что сульфиды образовались раньше в одних условиях, а более поздние гидроокислы железа и карбонат меди — в совершенно другой обстановке (в условиях выветривания) и пространственно связаны с первыми лишь по источнику входящих в них химических элементов (железа и меди). Следовательно, в данной минеральной ассоциации мы имеем две различные по условиям образования группы минералов. При таком подходе к изучению ассоциации минералов выявляются чрезвычайно важные как в научном, так и в практическом отношении закономерности смены парагенетических ассоциаций минералов во времени, свидетельствующие об изменении физико-химических условий в историческом ходе минералообразования. Советскими учеными был разработан геометрический метод анализа наблюдающихся в природе

различных сочетаний минералов, позволяющий вскрывать многие дета_ ли и факты, которые при обычных методах наблюдения ускользают от исследователя. Знание типических парагенетических ассоциаций имеет большое значение в минералогии. Оно не только помогает определять совместно встречающиеся минералы, но также оказывает большую услугу при поисках полезных ископаемых. Например, если в основных, обогащенных магнезией изверженных породах мы встречаем такие более или менее легко устанавливаемые по внешним признакам минералы, как пирротин (FeS) и халькопирит (CuFeS2), то мы обязательно должны искать третий, труднодиагностируемый, но очень важный в промышленности никелевый минерал — пентландит, который в этих породах встречается как совместно с ними образовавшийся минерал. Нужно указать, что в природе наблюдаются самые разнообразные парагенетические ассоциации минералов. Это обусловлено не только первоначальным составом кристаллизующихся растворов или реагирующих с ними окружающих горных пород, но также температурой, давлением или глубиной в земной коре, на которой происходит образование или преобразование минералов, и другими факторами. При этом одни минералы могут возникать только при определенных значениях внешних факторов, другие, наоборот, образовываются при различных процессах минералообразования. Так, гипс (Ca[SO4]*2H2O) в одних случаях нередко встречается в ассоциации с хлористыми и сернокислыми солями в пластовых соляных залежах, образовавшихся в результате усыхания соляных рассолов в озерных бассейнах и лагунах. В других случаях он наблюдается как продукт химического выветривания горных пород (в областях с малым количеством осадков) в ассоциации с гидроокислами железа и глинистыми продуктами разрушения, причем, как показывают горные выработки, он довольно быстро исчезает с глубиной. Описаны случаи нахождения гипса в виде кристаллов в трещинах, среди разложенных и обесцвеченных лав и изверженных горных пород, около сольфатар (парообразных сернистых выделений в районах вулканической деятельности), где гипс мог образоваться за счет известковистых минералов вмещающих пород под действием горячих вод, содержащих серную кислоту, и т. д. Разнообразие парагенетических ассоциаций минералов часто осложняется тем, что во многих случаях на данную группу совместно образовавшихся минералов, связанных с одним процессом, накладываются минеральные ассоциации, обязанные своим происхождением другому процессу, причем новообразования нередко частично развиваются за счет ранее образовавшихся минералов. Поэтому и важно в подобных случаях раздельно учитывать различные по происхождению группы совместно образовавшихся минералов, так как для каждого процесса минералообразования, естественно, существуют свои закономерности сочетаний минералов. Сам факт наложения нового процесса минералообразования свидетельствует об изменившихся физико-химических условиях равновесия минеральных фаз. Это нередко приводит к тому, что по крайней мере часть ранее образовавшихся минералов оказывается неустойчивой в новых условиях и подвергается соответствующим изменениям или замещению новыми минералами. Что касается характерных ассоциаций химических элементов в отдельных минералах, то этот вопрос для кристаллических тел решается целиком на основе законов кристаллохимии. Сочетание разнородных элементов в кристаллических структурах, как известно, обусловливается химическими особенностями, связанными со строением атомов или ионов, их размерами и свойствами. Замена одних атомов и групп атомов другими также зависит от их размеров, а в ионных соединениях, кроме того, соблюдается условие, чтобы суммарные положительная и отрицательная валентности были уравновешены.

Типоморфные признаки минералов. Давно уже обращалось внимание на то, что некоторые минералы обладают типичными формами кристаллов, свойственными какому-либо данному типу месторождений или данной горной породе. Например, кальцит (Са[СО3]), встречающийся в виде кристаллов обычно в пустотах, в одних месторождениях наблюдается в характерных скаленоэдрических формах, в других — в виде крупных тупых или острых ромбоэдров, в третьих — в пластинчатых кристаллах, в четвертых — в виде мелких шестоватых кристалликов и т. д. Делались попытки увязать эти различные формы кристаллов с темпера_ турой их образования. Однако в конце концов выяснилось, что вообще на морфологию и размеры кристаллов влияет не только температура, но и концентрация компонентов в растворах, наличие тех или иных растворенных примесей в них и степень пересыщения растворов. В настоящее время к типоморфным признакам минералов относят не только форму кристаллов, но и какие-либо типические признаки минералов вообще, например, цвет, примеси в составе минералов тех или иных химических элементов (типохимизм), типы двойников и т. д. Несомненно, что эти характерные для того или иного месторождения признаки связаны с особенностями состава растворов, из которых кристаллизовались минералы, температурой, давлением и другими условиями минералообразования. Приведем несколько примеров. Было подмечено, что касситерит (SnO2) из высокотемпературных, так называемых пегматитовых образований (в отличие от гидротермальных месторождений) в виде примесей часто содержит такие металлы, как ниобий, тантал, железо и др. Поэтому в случае нахождения его при поисках в виде окатанных зерен в рыхлых отложениях логов или речных долин по особенностям его состава мы можем примерно судить о том, какого типа месторождения явились его источником. Установлено также, что крупные кристаллы кварца из так называемых жил «альпийского типа», в отличие от других месторождений, характеризуются некоторыми особенностями кристаллических форм, определенным парагенезисом минералов и присутствием относительно крупных монокристальных блоков внутри кристаллов, сдвойникованных обычно по дофинейскому закону. Для самородного золота характерно, что оно наиболее богато серебром (в виде изоморфной примеси) в тех месторождениях, которые образовались в близповерхностных условиях в земной коре, т. е. в условиях относительно низких давлений и температур. Серебристое золото (электрум) отличается от обычного самородного золота и по физическим свойствам: обладает несколько меньшим удельным весом и более светлым желтым цветом. В парагенезисе с ним часто встречаются сернистые со_ единения серебра: аргентит (Ag2S), прустит (Ag3AsS3) и др. Для подавляющего большинства рудных месторождений, характеризующихся сложными условиями происхождения, наблюдается большое разнообразие этих признаков, что требует весьма детальных исследований для установления истинных закономерностей, на основании которых__ можно было бы сделать достоверные выводы. Детальное минералогическое картирование, проведенное к настоящему времени на большом ряде рудных месторождений различного генезиса, позволило выделить целые комплексы типоморфных признаков минералов, на основании которых удается предсказывать масштабы месторождений, глубину эрозионного среза и перспективы обнаружения богатого оруденения на глубоких горизонтах.

19. Источники энергии и основные подразделения процессов минералообразования.

Все процессы минералообразования разделяются на три большие группы: эндогенные, экзогенные и метаморфические.

I. Эндогенные (или гипогенные, глубинные) процессы протекают в недрах Земли и связаны с внутренней энергией Земли, главным образом энергией радиоактивного распада. К этим процессам относятся:

1. Собственно магматический процесс (кристаллизация вещества из расплава);

2. Пегматитовый процесс;

3. Гидротермальный процесс (кристаллизация вещества иэ минерализованного водного раствора).

II. Экзогенные (или гипергенные, поверхностные) процессы протекают на поверхности Земли, а также в атмосфере и гидросфере при климатической температуре, атмосферном давлении и связаны с энергией Солнца. Главнейшими здесь являются:

1. Процессы выветривания;

2. Процессы осадконакопления.

III. Метаморфические процессы - процессы сложного преобразования и изменения минералов эндогенного и экзогенного происхождения при изменении термодинамичаских условий в недрах Земли. Различие этих процессов заключается в различии геологических условий минералообразования, параметров температуры и давления, источников энергии и вещества, химического состава среды.