3.2 Генетические признаки, типоморфизм минералов

В зависимости от генезиса минералы и их ассоциации характеризуются определенными генетическими признаками. Генетические признаки минералов и их ассоциаций – это такие особенности минеральных тел, агрегатов и индивидов, которые обусловлены условиями и способами их образования, и поэтому могут в совокупности указывать на генезис. Генетических признаков достаточно много, но мы остановимся на тех из них, которыми можно воспользоваться в учебном процессе. К ним относятся:

1. Внутреннее строение (текстурно-структурные особенности) минеральных тел и агрегатов, по которому можно судить о способах и последовательности образования минералов.

2. Минеральный состав тел и парагенетические ассоциации минералов.

3. Типоморфизм минералов.

Рассмотрим генетические признаки подробнее.

3.2.1 Внутреннее строение минеральных тел, текстуры и структуры минеральных агрегатов

Внутренне строение минеральных тел, их текстура позволяет установить последовательность выделения минеральных агрегатов в процессе формирования этих тел.

Структуры агрегатов, в свою очередь, дают возможность установить последовательность выделения минеральных индивидов в агрегате и указывают на способ образования минералов: кристаллизацией из расплава или раствора, в результате метасоматоза или перекристаллизации.

Изучение текстур и структур минеральных агрегатов необходимо для выяснения возрастной последовательности минералов и установления этапов и стадий данного процесса минералообразования.

Некоторые текстуры и структуры являются типичными для определенных процессов образования минералов. Например, нодулярная текстура хромитовых руд и сидеронитовая структура титаномагнетитовых руд характерны для магматических образований, а графическая структура наиболее характерна для гранитных пегматитов (Кварц - полевошпатовая эвтектика).

Для многих минеральных тел характерно зональное строение, обусловленное в той или иной мере упорядоченным расположением минеральных агрегатов различного состава (скарны) или различной структуры и состава (пегматиты).

Текстура минеральных тел определяется формой, размерами и способом сочетания минеральных агрегатов в породе или руде.

Структура минеральных агрегатов определяется формой, размерами и способом срастания минеральных индивидов.

Текстуры могут быть массивными, полосчатыми, брекчиевидными, пересечения и т.д. Они позволяют определять разновозрастность агрегатов. Структуры очень разнообразны: зернистые (крупно-, средне-, мелко и тонкозернистые); равномерно + неравномернозернистые, метасоматические (замещения, разъедания) и кристаллобластические. Они указывают на способ образования.

Среди генетических признаков наиболее важны парагенетические ассоциации и типоморфизм минералов. Парагенетические ассоциации будут рассматриваться при изучении конкретных процессов минералообразования.

3.2.2 Типоморфизм минералов

Типоморфизм минералов в его современном понимании ввел в минералогию А.Е. Ферсман в 1931 г. в монографии о пегматитах, он писал: «Типоморфными минералами мы называем минералы, занимающие по тем или иным причинам, определенное место в геохимическом процессе и поэтому отвечающие тому, что в исторической геологии мы называем руководящими ископаемыми. Они, подобно последним, определяют условия и время, т.е. геофазу геохимического процесса. Типоморфным может быть в ходе процесса сам минерал, но это бывает редко; чаще типоморфными являются отдельные свойства минерала, определяющие те или иные его черты, характерные для данного момента процесса».

В дальнейшем учение о типоморфизме минералов, ставшее важнейшим разделом современной минералогии, развивалось в многочисленных работах главным образом, советских ученых. Обзор работ по типоморфизму минералов был сделан Ф.В. Чухровым. Типоморфизм минералов – это основа поисковой минералогии.

Термин типоморфизм происходил от слов типичная форма, т.к. вначале обращалось внимание на зависимость только морфологических признаков минералов от условий их образования. В дальнейшем понятие стало более широким, охватив и химические, физические и структурные особенности минералов.

Типоморфизм минералов – это свойство минералов фиксировать условия, способы и время образования и поэтому своим присутствием или своими типоморфными особенностями указывать на генезис.

В связи с этим выделяют типоморфные минералы и типоморфные особенности (признаки) минералов.

Типоморфные минералы – это минералы, которые образовались в определенных условиях и в определенное время и поэтому своим присутствием могут указывать на условия и время образования. Таких минералов немного. Например:

Сподумен – LiAl [Si₂О₆] образуется в пегматитах гранитной магмы, несущих редкометальное оруденение.

Поллуцит Cs [AlSi₂О₆] – в гранитных пегматитах на конечной стадии их развития.

Нефелин (Na,К) [АlSiО₄]- характерен для щелочной магмы, магматической породы и пегматиты.

Оливин – (Mg,Fе) [SiО₄] - типоморфен для ультраосновных, основных пород.

Можно также говорить о типоморфизме ассоциаций минералов, типичных для определенных стадий минералообразующего процесса. В этом случае изучаются взаимосвязанные типоморфные особенности сосуществующих минералов, например гранатов и пироксенов в скарнах.

Типоморфные особенности (признаки) минерала – это такие особенности формы, состава, свойств, структуры его индивидов, которые меняются в зависимости от условий образования и поэтому могут в совокупности указывать на генезис образования.

Наибольшую информацию в этом плане дают «сквозные» или «проходящие» минералы, образующиеся в широком диапазоне физико-химических условий. К ним относятся кварц, кальцит, флюорит, полевые шпаты, слюды, циркон, пирит и др. Типоморфизм минералов в разных регионах может иметь локальные (региональные) черты.

К типоморфным признакам относят:

1) морфологические особенности;

2) химический состав;.

3) физические свойства;

4) структурные признаки;

Остановимся на них подробнее.

Морфологические особенности:

а) Облик и габитус минеральных индивидов, появление вершинных и реберных форм, скелетных и нитевидных кристаллов.

б) Микроморфология (скульптура) граней: штриховки и узоры, фигуры роста, растворения, регенерации.

в) Внутреннее строение (анатомия) минеральных индивидов: (неоднородность) зональность, секториальность, блочность, мозаичность, наличие и характер газово-жидких и других включений и т.д.

г) характер и степень двойникового и эпитаксического срастания.

д) характер образуемых минералом агрегатов и др.

Примеры:

1. Касситерит (тетрагональная сингония) имеет габитус:

- дипирамидальный – в пегматитах;

- короткопризматический – в грейзенах, высокотемпературных гидротермальных жилах;

- длиннопризматический до игольчатого – в гидротермальных низкотемпературных месторождениях сульфидной формации.

2. Кварц имеет габитус:

- дипирамидальный (гексагональная сингония) без призмы – в высокотемпературных магматических образованиях;

- длиннопризматический (тригональная сингония) – в жилах Альпийского типа.

3. Циркон имеет габитус:

- пирамидально-призматический с тупой пирамидой – в гранитах;

- сложная огранка, много граней, острая пирамида – в гранодиоритах и диоритах.

-короткопризматический с тупой дипирамидой – в щелочных гранитах;

- удлиненная призматическая форма – в жильных породах, приконтактовых зонах.

4. Кальцит – меняет габитус с изменением температуры и концентрации СО₂ (рис. 3.1)

Рис. 3.1. Изменение габитуса кальцита

5. Пирит – для Au – сульфидных месторождений установлен Н.З Евзиковой Для Au- месторождений Алтае-Саянской области по падению рудных тел смена габитуса FeS₂ от пентагон-додекаэдра на кубический. Было установлено, что наиболее обогащенные Au участки рудных тел обогащены пентагондодекаэдрическим габитусом.

Химический состав

Наиболее информативно наличие в составе элементов-примесей, обусловленных изоморфизмом и микровключениями, что часто обуславливает окраску минералов.

Пример: элементы примеси в сфалерите:

- высокотемпературном - Fe, Mn, Sn, придают черную окраску;

- среднетемпературном – Cd, Zn;

- низкотемпературном - Ga, Ge.

Изотопный состав в минералах таких элементов, как S³² и S³⁴, С¹³ и С¹², О¹⁸ и О¹⁶ и т.п.

Для Сu-Ni руд Норильского района характерно аномально высокое содержание S³⁴, которое объясняется ассимиляцией серы из гипс-ангидритовых толщ.

Изотоп О¹⁸ характерен для минералов осадочных пород, в изверженных минералах – более низкие содержание О¹⁸.

Изотоп С¹³ – более распространен в кальцитах морских известняков, чем в пресноводных.

Соотношения изотопов позволяют подойти к определению генезиса первоисточника минерализации, по изотопным соотношениям разработан ряд изотопных геотермометров.

Физические типоморфные особенности

1) Окраска минералов, цвет черты, блеск, микротвердость, плотность и некоторые другие диагностические свойства минералов.

Пример: Черная разновидность турмалина – шерл характерна для мусковитовых пегматитов гранитной магмы, а розовая - рубеллит - для редкометальных (Li, Cs, Та, Nb) пегматитов гранитной магмы.

Гранаты:

зеленые, бурые – гроссуляр и андрадит характерны для известковых скарнов;

красный, фиолетовый – пироп в кимберлитовых трубках взрыва.

2) Специальные физические (физико-химические) свойства минералов: люминесцентные (шеелит, циркон, апатит), термолюминесцентный, электрические, термические, магнитные.

Например:

Цвет люминесцентции апатита: фиолетово-голубой – в ультраосновных комплексах и карбонатитах.; сиреневый – в щелочных породах и пегматитах, желто-оранжевый и розовый – в гранитах и их гематитах, голубоватый – в гидротермальных кварцевых жилах.

3) Кристаллооптические свойства минералов: преломление, двупреломление, отражательная способность, плеохроизм и т.д.

Структурные типоморфные особенности

Параметры и структурная плотность элементарной ячейки – коэффициент компактности, например, гранаты (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Изменение координационного числа и радиуса ионов гранатов по глубине

Давле-ние	Координационное число	Минеральный вид и состав граната	Радиус иона, Ǻ
Увеличивается ←	Увеличивается →	Гроссуляр - андратитовый ряд ↓	Ca – 1.04
		Спессартин ↓	Mn – 0.91
		Альмандин ↓	Fe – 0.8
		Пироп	Mg – 0.74

Полиморфизм и политипизм в минералах используют как барометры и термометры. Например, кварц (SiО₂)имеет 9 полиморфных модификаций, минералы группы кианита (Al₂ SiO₄О) андалузит, силлиманит, кианит (рис. 3.2).

Степень структурной упорядоченности, например полевые шпаты. В упорядоченных структурах цепочках из [SiO₄]^-4 и [AlO₄]^-5 положение алюминия строго упорядочено.

П ри изучении типоморфизма минералов нужно иметь в виду, что в природе возможна конвергенция типоморфных особенностей, т.е. совпадение признаков минералов,

образовавшихся в различных условиях, т.е нужно использовать несколько признаков комплексно.

Рис. 3.2 Границы устойчивости минералов группы кианита