книги из ГПНТБ / Чесноков, Б. В. Относительный возраст минеральных индивидов и агрегатов

этим о правилах техники безопасности (наличие вытяжного шкафа, специальной рабочей одежды, резиновых перчаток, за­ щитных очков и т. д.) Желательно иметь в этом помещении ■специальные шкафы и стеллажи для хранения проб, проходя­ щих обработку.

Естественно, не обязательно, чтобы все перечисленное обо­ рудование находилось в одном месте, поскольку ряд работ мож­ но выполнять в специализированных мастерских или лаборато­ риях (изготовление полированных и прозрачных шлифов, ра­ бота с реактивами, точное взвешивание и другие).

Окончательная подготовка проб к некоторым видам изуче­ ния может быть проведена только в специальных лабораториях (изготовление препаратов для электронномикроскопических и рентгеноструктурных исследований, монтирование кристаллов для измерений на гониометре и т. д.).

Детали строения кристаллов и агрегатов (секториальность, зональность, двойники, зернистость и т. п.) очень часто обнару­ живаются только после травления полированных срезов или поверхностей спайности и излома. Широко известны способы химического и электролитического травления мелких зерен руд­ ных минералов [28, 51, 58]. Травление крупных кристаллов (до 10 см и более) производилось нами электролитически с по­ мощью тампона [48]. При этом полированная поверхность об­ разца натиралась смоченным травителем тампоном из амфи­ бол-асбеста с применением переменного тока 220 в. Известны также способы травления образцов ионной бомбардировкой, травление в вакууме при нагревании, воздействием сильным све­ том и т. д.

Детали внутреннего строения образцов, особенно различных агрегатов, могут быть выявлены после пропитывания их рас­ твором люминесцирующего вещества. Раствор, концентрируясь в трещинах, по границам зерен и в других дефектах образца, ■обусловливает более сильное свечение этих мест при освещении ультрафиолетовыми или иными лучами. Подобным же образом можно обработать образец раствором радиоактивного вещества, а затем получить контактную авторадиографию образца на фо­ топленке. Последний способ менее удобен из-за требования про­ ведения операций в специальной лаборатории.

Детали внутренней морфологии кристаллов могут быть выяв­ лены с помощью облучения рентгеновскими или гамма-лучами. Такое «проявление» зональности и секториальности особенно широко используется в настоящее время при изучении естествен­ ных и искусственных кристаллов кварца.

В процессе работы может возникнуть необходимость замены метода маркировки. Так, если образец обрабатывается длитель­ ное время в жидкостях, то номер, первоначально написанный тушью, лучше заменить номером, нанесенным на образец при помощи алмазного или иного резца. Для сохранения меток орн-

.10

■■ентировки в некоторых случаях следует сверлить в массе образ­ ца каналы и вставлять в них стержни, указывающие направле­ ния того пли иного вектора.

ЛАБОРАТОРНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОБ

На основании лабораторного изучения проб делаются окон­ чательные выводы о возрастных соотношениях минералов.

Влабораторных условиях по сравнению с полевыми имеется ■больше возможностей применять для изучения морфологии ми­ нералов разнообразные количественные методы.

Вн е ш н я я м о р ф о л о г и я . Точное измерение углов между

.гранями кристаллов производится на однокружных и двукруж­

ных оптических гониометрах, например на отечественном дву­ кружном гониометре ГД-1. Однако измерение крупных кристал­ лов (до нескольких сантиметров в поперечнике и 1 кг весом) на таких приборах затруднительно или невозможно, и для них применялась простая гониометрическая установка, позволяю­ щая делать измерения с точностью порядка ±20', изготовлен­ ная на основе обычного теодолита. Зрительная труба с верти­ кальным кругом укреплена на отдельной теодолитной треноге. На другой треноге установлена подставка теодолита с горизон­ тальным кругом. На кожухе алидады горизонтального круга пластилином крепится кристалл, и ребро, образуемое гранями измеряемого угла, совмещается с осью вращения алидады. Ис­ точником света может быть любой осветитель, включая настоль­ ную лампу. Зрительная труба (в горизонтальном положении), ребро измеряемого угла и источник света должны быть на одном уровне. Расстояния осветитель—кристалл и кристалл—зритель­ ная труба составляют по 5 м. Поворот алидады с кристаллом осуществляется во время наблюдения при помощи двух шнуровтяг. Угол измеряется по отблескам от граней кристалла.

Такая установка особенно нужна при измерении углов меж­ ду гранями кристаллов, находящихся в разных местах образца (например, у головок ихтиоглиптов кварца на образцах пись­ менного гранита). В этом случае надо особенно тщательно ус­ танавливать образец, чтобы воображаемая линия пересечения граней (угол между которыми измеряется) была совмещена с осью вращения алидады. На установке удобно измерять углы между гранями штриховки на крупных кристаллах, полисинте­ тические двойники, индукционные грани и т. д. Во всех случаях точность измерений значительно выше, чем при работе с при­ кладным гониометром.

Очень мелкие кристаллы (значительно менее 1 мм), которые на обычных гониометрах измерить с достаточной точностью за­ труднительно, можно измерять на столике Федорова под бино­ кулярной лупой [70]. Кристалл крепится в центре круглого стекла столика на пластилине. Ребро, образуемое гранями из­

11

меряемого угла, совмещается при помощи препарировочной иг­ лы с горизонтальной осью I столика. Столик с кристаллом ста­ вится иа стол под бинокулярную лупу. Осветитель может быть любой. Вертикальная плоскость, проходящая между окуляра­ ми прибора и через оптическую ось осветителя, должна быты перпендикулярна указанному выше ребру кристалла. Угол изме­ ряется по отблескам от граней кристалла при вращении под­ вижной системы столика вокруг осп /. Ошибка измерений обыч­ но ие превышает ±30'.

Изучение скульптуры поверхностей минеральных индивидов можно с успехом проводить с помощью оптического гониометра. Большое значение придается изучению поверхностей монокри­ сталлов методом фотогониометрии [41].

При помощи простейшего фотогониометра проведено изуче­ ние регенерированного шара, изготовленного из зернистого' кварца. Измерение фотограммы позволило не только выявить ранее установленную предпочтительную ориентировку осей Lj зерен кварца, но и установить менее резко выраженную пред­ почтительную ориентировку осей Ь2 этих зерен. Эти результаты позволяют считать фотогоииометрию перспективным методом для изучения также и минеральных агрегатов.

Применение профплометров, профилографов, интерференци­ онных микроскопов, фазовокоитрастных устройств позволяет количественно изучать рельеф граней и других поверхностей кристаллов.

Особое значение имеет электронная микроскопия, использо­ вание, которой наряду с разнообразными методами декорирова­ ния тонких элементов поверхности кристаллов дает хорошие ре­ зультаты. Детальные описания методики микроскопического изучения форм кристаллов и их поверхностей дано В. Г. Фекличевым [62].

Внешняя морфология агрегатов чрезвычайно разнообразна. Многие агрегаты (натечные формы, друзы и ряд других) опи­ сываются в ряде случаев с достаточно точной количественной характеристикой их формы [14]. Однако общая классификация особенностей внешней морфологии агрегатов отсутствует. Раз­ работка такой классификации — весьма актуальный вопрос.

Следует стремиться получать количественные сведения о фор­ ме минеральных тел. Так, сложность контуров зерен в плоских срезах можно оценивать «двухмерным фактором формы» Ф:

Р±_

Я, ’

где Pi — периметр круга, равновеликого по площади данному зерну; Р2 — периметр данного зерна.

Для круглого зерна Ф = 1. Чем сложнее контур зерна, тем меньше ф.

12

Определения Ф нами были использованы при оценке формы золотин в полированных шлифах руд Березовского месторожде­ ния (более двух тысяч золотин). Кроме того, определялась сте­ пень удлинения каждой золотимы — А:

где а — длинная сторона прямоугольника, в который вписана золотима; b — короткая сторона этого прямоуголь­ ника.

Статистическая обработка полученных данных (были введе­ ны в картотеку перфокарт типа К-5) позволила получить ре­ зультаты, имеющие непосредственное отношение к вопросу об

•относительном возрасте золота в рудах. Подобные сведения пригодны также для обработки на ЭВМ.

В н у т р е н н я я м о р ф о л о г и я к р и с т а л л о в м и н е р а ­ лов. Из числа многих элементов строения главное внимание

.до сих пор уделяется зональности и секториалыюсти. Их эле­ менты позволяют решать вопросы относительного возраста ин-

.дивидов разнообразного генезиса и в дальнейшем здесь много­ кратно используются.

Как отмечалось выше, зональность и секториальность мине­ ралов во многих случаях приходится выявлять в процессе под­ готовки материала к непосредственному лабораторному изуче­ нию (разнообразные приемы травления и ряд других способов).

Имеется еще ряд способов выявления зональности и секториальности кристаллов: облучение образца ультрафиолетовыми (и иными) лучами во время наблюдения, получение авторадио­ графий радиоактивных минералов, получение контактных рент­ геновских снимков с тонких пластин. Особое значение в послед­ нее время приобрел метод рентгеновской дифракционной топо­ графии.

Кристаллографическую номенклатуру и символику зон рос­ та, пирамид нарастания граней, поверхностей нарастания ребер и линий нарастания вершин следует применять с использовани­ ем понятий о гранных, реберных и вершинных формах крис­ таллов.

Сведения о деталях внутренней морфологии кристаллов сле­ дует выражать и количественно. Особенно удобно это в отно­ шении обычной зональности роста. Имеются удачные примеры фотометрирования зональности на авторадиографиях [40] и непосредственно пластин зональных кристаллов в проходящем

свете [16].

Кроме зональности и секториальности перечисленные мето­ ды позволяют наблюдать и другие элементы внутренней мор- ■фологии кристаллов: двойники, мозаичность, включения, дефор­ мации и т. д. Сведения о дефектах кристаллической структуры можно получить, применяя рентгеновскую дифракционную то­

13

пографию, электронную микроскопию, разные способы травле­ ния кристаллов и ряд других методов. Эти сведения о внутрен­ ней морфологии кристаллов «на атомном уровне» (дислокации, вакансии и т. д.) в дальнейшем будут играть все большую роль в разработке и усовершенствовании морфологического метода определения относительного возраста минералов.

Детали морфологии магнитного поля в кристаллах можно' выявить при помощи магнитной эмульсии.

Элементы внутренней морфологии минеральных агрегатов, чрезвычайно разнообразны и пока не классифицированы. Опи­ сывая их, приходится пользоваться классификациями структур-, и текстур горных пород и руд, а также терминологией описа­ тельной минералогии. Методика изучения деталей строения аг­ регатов весьма разнообразна. Для этого, в частности, примени­ мы и все упомянутые выше методы исследования кристаллов..

теристики этого рода нередко играют существенную роль в ус­ тановлении относительного возраста минералов. Размеры тел обычно оцениваются приблизительно, на глаз, но во многих случаях необходимы более или менее точные измерения. Так, при статистическом изучении размеров кристаллов возникает необ­ ходимость применения штангенциркуля (например, при иссле­ довании влияния симметрии среды на степень искажения крис­ таллов разного размера и т. п.).

Объекты менее 1 мм проще всего измерять при помощи- окуляр-микрометра, установленного на микроскопе или на би­ нокулярной лупе. Пользуясь известными приемами, можно оп­ ределять размеры микрообъектов на микрофотографиях.

Очень удобны измерительные микроскопы с горизонтальным: перемещениемоптической системы (типа МИР-12) или микро­ скопы с горизонтально перемещающимся предметным столиком (типа инструментального микроскопа БМИ-1). При помощи по­ следнего можно также измерять углы, делать зарисовки, наблю­ дая объект на экране, и делать микрофотографии в проходящем и отраженном свете.

П о л о ж е н и е тел и их ч а с т е й в п р о с т р а н с т в е . . В процессе лабораторного изучения проб в подавляющем боль­ шинстве случаев нужно иметь сведения об ориентировке и ко­ ординатах (в широком смысле) данного объекта в месте егоестественного нахождения. Как отмечалось, особенно важносохранить марки и метки на образце.

В ряде случаев нужно изучать образец в ориентировке (от­ носительно вектора тяжести, стран света- и т. д.), в которой он находился до опробования. Фиксацию образца в таком положе­ нии можно осуществить на столике Федорова или на сходном:

14

устройстве с градуированными шкалами. Проверку правильно­ сти ориентировки вертикалей образца (например, обычных ста­ лактитов) или его горизонталей (например, слоев седимента­ ции) можно сделать на описанной выше гониометрической ус­ тановке, смонтированной на основе теодолита.

При микроскопических исследованиях для определения ко­ ординат и ориентировок объектов необходимы препаратоводители с отсчетными шкалами и окуляры, снабженные градуиро­ ванными лимбами (типа окуляра Райта). Особое значение для такой работы, как известно, имеет столик Федорова. Более крупные образцы (размером до нескольких сантиметров) удобно изучать на микроскопе БМИ-1, позволяющем также наклонять систему объектов — окуляр относительно плоскости предметно­ го столика.

Кристаллографическая ориентировка индивидов в большин­ стве случаев определяется по положению их граней, плоскостей спайности, осей оптической индикатрисы и т. д. Во многих слу­ чаях применяются также и более сложные способы.

Универсальным и достаточно точным, например, является рентгеноструктурный анализ по методу Лауэ. Он особенно эф­ фективен при изучении ориентировки непрозрачных минералов.

В последнее время с успехом применяется искусственная регенерация зерен, например зерен кварца в граните и пегма­ тите. В процессе регенерации зерна покрываются гранями, что облегчает определение кристаллографической ориентировки индивидов. Особенно удобно изучать этим способом агрегаты,, подвергая регенерации образцы в Риде шара [73]. Такие реге­ нерированные шары можно измерять на столике Федорова или же получать с них фотограммы на фотогониометре. Можно оп­ ределять кристаллографическую ориентировку индивидов, при­ меняя процесс, противоположный регенерации, — растворение. В данном случае особую роль играет изучение фигур растворе­ ния на кристаллах. Эпитаксия — ориентированное нарастание кристаллов одного вещества на кристаллы другого — также может использоваться для данной цели. Например, кристалло­ графические направления в обломках кристалла гематита мож­

пробе можно определить разными способами. Наиболее точный из них — подсчет всех тел в данном объеме пробы. В некото­ рых случаях это делается довольно легко, например, когда кри­ сталлы легко выбиваются из вмещающей породы и когда они достаточно крупные. Чаще приходится пользоваться подсчетом зерен, кристаллов и т. п. в плоских срезах, например, при под­ счете зерен породообразующих минералов в шлифах и пришлифовках горных пород. При таких подсчетах используются из­

15-

мерительные микроскопы с подвижным предметным столиком лли же специальные препаратоводители, закрепляемые на сто­ лике обычного микроскопа или бинокулярной лупы.

Содержание изучаемых минералов также можно определить различными способами. Наиболее точный из них — весовой, когда из пробы извлекаются все нужные составные части и за­ тем взвешиваются. В большинстве случаев этот метод не при­ меним из-за трудностей разделения минералов и применяется ■один из методов геометрического анализа агрегатов, химический анализ и т. д.

М о д е л и р о в а н и е . Обширный фактический материал, на­ копленный при изучении природных и искусственных кристал-

.лов, позволяет считать, что нет таких особенностей морфологии и строения кристаллов минералов (за исключением, может

•быть, некоторых минеральных индивидов гигантских размеров), которые не были бы известны для искусственных кристаллов. Законы формирования кристаллических тел едины. Значит, весь­ ма важным методом познания природных процессов формиро­ вания морфологии минеральных тел может являться моделиро­ вание в лабораторных условиях.

При моделировании успех дела определяет не видимое сход­ ство условий природного и лабораторного процесса, «а то, что в нем (в опыте — Б. Ч.) является следствием причин, одинако­ во действующих и в природе и в лаборатории, независимо от обстановки процесса» [26].

весьма разнообразных условий опытов — от простейшего выра­ щивания кристаллов из водных растворов до сложных экспери­ ментов при высокой температуре и высоком давлении.

И с п о л ь з о в а н и е п р и з н а к о в в о з р а с т н ы х с о о т ­ н о ш е н и й , и с т о ч н и к и ошибок , к о н т р о л ь о п р е д е ­ л е н и й . Признаки возрастных соотношений минералов должны использоваться комплексно.

При обсуждении вопроса о конвергентности геологических тел и их свойств и, в частности, о конвергентности морфологи­ ческих признаков минеральных индивидов и агрегатов [22]

•сходные результаты могут получиться разными путями. Напри­ мер, более ранний минерал может находиться в виде жилок в более позднем. Если в таком случае учитывать только внешнюю форму тела, то неизбежен неправильный вывод об относитель­ ном возрасте данных минералов. Комплексное изучение такого образца позволит установить истинное положение дел. Конвергентность морфологических особенностей минеральных тел пред­ ставляет особую опасность при более или меиее поверхностном изучении объектов. Сходные минеральные тела, образовавшиеся

16

в разных условиях, всегда обладают различными признаками, характеризующими условия их образования и развития.

Часто ошибочные заключения даются на основании изучения плоских срезов (шлифы, пластины, пришлифованные образцы и т. и.). Случайный плоский срез, как известно, нередко дает совершенно неправильное представление о форме изучаемого тела.

Кроме морфологических признаков для установления воз­ растных соотношений минералов должны привлекаться и дан­ ные, полученные при применении других методов изучения (хи­ мического и изотопного состава минералов, их физических свойств и т. д.).

Контроль определений должен проводиться на основе комп­ лексного применения морфологических признаков, сравнения с надежными данными, полученными с использованием других методов, моделирования, использования общетеоретических дан­ ных из геологических и смежных наук, а также непосредствен­ ного наблюдения динамики природного процесса.

Особое внимание следует уделять поискам и разработке но­ вых признаков возрастных соотношений минералов самого раз­ ного происхождения.

ОДНОВРЕМЕННЫЙ РОСТ МИНЕРАЛОВ

Соотношения одновременного роста более типичны для про­ цессов образования индивидов одного минерального вида, на­ пример при образовании друз кристаллов кварца. В соотноше­ ниях частично одновременного роста чаще всего находятся раз­ ные минералы.

Одновременный рост кристаллов или иных минеральных тел, соприкасающихся друг с другом, обычно называют совместным.

Главным морфологическим признаком, по которому устанав­ ливается факт совместного роста кристаллов, являются индук­ ционные формы, представляющие собой своеобразные дефекты внешней морфологии индивидов. Эти дефекты возникают при влиянии (индукции), которое оказывают друг на друга совмест­ но растущие кристаллы.

ИНДУКЦИОННЫЕ ФОРМЫ НА КРИСТАЛЛАХ И ИХ НОМЕНКЛАТУРА

Индукционные формы легче всего обнаружить на кристал­ лах из обычных друз, например на кристаллах горного хрусталя.' Если осторожно отделить кристаллы друг' от друга, можно уви­ деть строение поверхностей их соприкосновения. Эти поверхно­ сти представлены искривленными участками сложной._-фюрАш—н- покрыты многочисленными штрихами. Как будаг показашубмичная

ЧИТА ДЬЬОГОJ&ATIj

же, индукционные поверхности образуются не только при росте кристаллов в друзах, но и при других разнообразных условиях совместного роста кристаллов одного и нескольких минераль­ ных видов. Установить индукционные формы в плоских срезах (шлифах, полировках и т. п.) обычно не представляется воз­ можным.

Кристаллографическая индукция установлена А. Е. Ферсма­ ном [63], который позднее так характеризовал это явление: «разграничение двух одновременно кристаллизующихся веществ определяется цилиндрически искривленной поверхностью, об­ разуемой ритмическим перемещением ребра между двумя воз­

ребра, проектирующиеся на горизонтальный диаметр проекции, а грани а' и а'" — на вертикальный диаметр. Индукционные ребра, генерируемые базопинакоидом с, будут иметь проекции

18