книги из ГПНТБ / Капустин Ю.Л. Минералогия коры выветривания карбонатитов

Г л а в а I I I

МИНЕРАЛОГИЯ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Минеральный состав коры выветривания карбонатитов сложен и обладает специфическими чертами ряда пород. Своеобразный первичный карбонатный состав пород, наличие в них апатита, редкометальной минерализации и сульфидов сближает коры вы­ ветривания карбонатитов с гипергеиными образованиями, раз­ вивающимися на известняках, фосфоритах и сульфидных место­ рождениях. Первоначальное обогащение редкими элементами сохраняется и в корах выветривания, и эти коры приобретают сложные специфические черты. Сопряжение в первичных карбо­ натитах специфических черт нескольких различных групп место­ рождений приводит к образованию в гипергенной обстановке многочисленных минералов различных классов. Минеральный состав коры меняется в зависимости от состава коренных пород. Среди минералов можно выделить две основные группы: оста­ точные и новообразованные. Однако ни одна из этих минеральных групп не является полностью устойчивой в гипергенной обста­ новке. Как остаточные минералы, так и новообразованные ста­ дийно изменяются, превращаясь в другие минералы. К тому же понятие устойчивости минерала также условно. Обычно выде­ ляются минералы, изменяющиеся в гипергенной обстановке и устойчивые. Однако каждый из минералов устойчив лишь в опре­ деленных условиях, и часто минералы, устойчивые в одной из зон коры, неустойчивы в другой. Кроме того, минералы изме­ няются и при изменении климатических условий, иногда при колебании грунтовых вод или при изменении солевого состава этих вод. При весьма длительной истории формирования кор (начиная с мезозойского или палеозойского возраста), при воз­ можности многократного изменения внешних условий, меняется и состав последовательно образующихся минеральных ассоци­ аций. Устойчивость минералов имеет относительный характер. Из всех изученных нами минералов устойчивым при обычных условиях оказался один кварц. Однако и его зерна и кристаллы при длительном выветривании тускнеют и покрываются с по­ верхности тонкими трещинами, вероятно, также постепенно раз­ рушаясь. Если пет заметных изменений минералов, подобных

93

кварцу, это часто является лишь следствием отсутствия непо­ средственного замещения другими минералами, а не абсолютной устойчивостью. Обычно слабо изменяются также колумбит, перовскпт, титаномагнетнт. Наиболее интенсивно изменяются суль­ фиды, особенно пирит и пирротин. По степени устойчивости в гипергенных условиях можно расположить минералы в по­ следовательный ряд выветриваемое™ или устойчивости. Основ­ ные первичные минералы карбонатитов в этом ряду располага­ ются следующим образом (от наиболее устойчивого к наименее устойчивому): кварц—цикрон—бадделеит—анатаз—барит—ти­ таномагнетнт—апатит — колумбит — магнетит — пирохлор — мона­ цит— бастнезит—парнзит—кальцит — анкерит — сидерит — пирит— пирротин—бербаикит.

мусковит — флогопит — магнезиальный флогопит — железистый биотит—хлорит—пироксен — амфиболы — мелнлит — канкринит— нефелин—форстерит. Эти ряды не имеют абсолютного значения,

скорость нх изменения меняется. Так, не все разновидности пирротина разлагаются одинаково. Наиболее трудно (труднее пирита) разлагаются кристаллы наиболее высокотемпературного призматического (Капустин, 1965) пирротина.

Наиболее легко окисляются крупные массы низкотемператур­ ного пирротина. Точно так же — наиболее легко выветриваются мелкозернистые массы пирита, в то время как его отдельные крис­ таллы покрываются лишь пленками побежалости. Таких примеров можно привести много, и следует помнить также, что относительное положение минералов в ряду выветриваемое™ меняется при нахождении их в разных зонах коры или при нарушении нор­ мальной последовательности зон. Кроме того, резко меняется скорость и последовательность выветривания минералов при изменении сосуществующих парагенезисов. Так, присутствие в по­ роде легко окисляемых сульфидов приводит к ускорению рас­ творения редкоземельных минералов, пирохлора, даже бадделеита и слюд. Развитие первичного (и гипергенного?) окварцевания, наоборот, цементирует породу и сохраняет от быстрого выветри­ вания магнезиально-железистые карбонаты, минералы TR и Sr (Вуориярви, Петяйан-вара). Состав имеющихся парагенезисов влияет также на развитие новообразований при выветривании. Так, апатит обычно выветривается слабо, растворяясь или заме­ щаясь штаффелитом. В выветрелых массах апатита, содержащих первичный пирротин (Ковдор), обнаружен ряд гипергенных фо­ сфатов Fe, а апатит растворен.

При выветривании, наряду с минеральными превращениями, происходит интенсивная дезинтеграция кристаллов минералов и их диспергирование. При сравнении размеров зерен минералов

94

из коренных пород и рыхлой массы на них хорошо заметно бы­ строе уменьшение зерен минералов в рыхлой массе сипзу вверх по разрезу коры. Только вермикулит относительно сохраняет размер частиц первичной слюды, а прочие минералы дисперги­ руются уже в низах разреза. Распределение минералов по клас­ сам крупности в коре приведено выше в табл. 5 и 6.

Хотя во всех зонах могут присутствовать один и те же мине­ ралы и лишь содержание их варьирует, в низах коры преобла­ дают остаточные минералы, в средней части — лимонит и в вер­ хах — глинистые минералы (последняя зона в большинстве участков срезана). В соответствии с этим в коре можно выделить зоны (снизу вверх): 1) остаточных минералов; 2) гидроокисную и 3) галлуазит-монтмориллонитовую. Распределение в них мине­ ралов и их парагенезисы различны.

Среди минералов коры выветривания карбоиатитов преобла­ дают апатит, гётпт и гидрогётит, вермикулит, монтмориллонит. Спорадически встречаются барит, кварц, монацит, гидрохлориты, галлуазит, пирохлор, колумбит, бадделеит, циркон, ниобоцирконолит, магнетит и титаномагнетнт, а также другие, более ред­ кие минералы *. В целом преобладают гидроокислы; менее рас­ пространены фосфаты и гидросиликаты (табл. 9). Распределение минералов по классам неравномерное, но известны минералы всех выделяемых минеральных классов: самородные элементы, галогениды, сульфиды, окислы и гидроокислы, кислородные •соли и силикаты. Наиболее редко встречаются минералы трех первых классов.

В настоящей книге рассмотрены только минералы, характер­ ные для коры выветривания: 1) остаточные, типоморфные для карбоиатитов и имеющие важное значение; 2) новообразованные гипергенные и 3) остаточные, закономерно изменяющиеся при выветривании и продуцирующие серии последовательных гипергениых минералов. Из описания исключены многочисленные первичные минералы, карбоиатитов, рассмотренные ранее (Ка­ пустин, 1964; 1971), относительно редкие или исчезающие при выветривании. Не рассматриваются первичные сульфиды, хотя и оказывающие значительное влияние на ход процесса выветри­ вания, но исчезающие одним из первых, в самых низах коры выветривания. При описании остаточных минералов основное внимание уделено рассмотрению изменения их распространения, свойств и состава при выветривании, а те же особенности соб­ ственно первичных минералов приведены в таблицах.

При изучении минералов для подавляющего большинства их проведены рентгенографический, термический, спектральный, для многих — полный химический анализ и определения удельного

95

веса. Для всех прозрачных минералов из различных масси­ вов систематически определялись оптические свойства. Все ука­ занные виды анализов выполнены в лабораториях ИМГРЭ. Рентгенографический анализ выполнен Р. А. Александровой и Н. Г. Пиневич, химические анализы — А. В. Быковой, Г. В. Любомиловой, М. Е. Казаковой, М. В. Кухарчик, Л. Е. Новороссовой, Т. А. Капитоновой, Н. Г. Черепивской, 3. Т. Катаевой, В. Ы. Архангельской, П. И. Ферштаттер.

Кривые нагревания минералов получены Н. С. Гороховой;

способом). Оптические свойства минералов определены автором. Определения показателей преломления производились для каж­ дого образца не менее трех раз в иммерсионных препаратах, с использованием цветного эффекта Лодочникова, при парал­ лельном контроле показателей преломления жидкостей на реф­ рактометре. Здесь приведены кривые нагревания и результаты спектральных, рентгенографических и рентгеноспектральных ана­ лизов для каждого минерала при их однотипности. В случае получения различных результатов для одного минерала эти результаты приводятся все.

В изучении гипергенных образований существует специфика. Большая часть кор сложена рыхлыми образованиями, чрезвы­ чайно дисперсными. Минералы в них находятся в теснейших прорастаниях, и разделение их возможно в редких случаях: когда в размерах минеральных частиц существует значительная разница или когда один из минералов образует локальные более крупные или более плотные обособления. Не удается обычно отделить глинистые минералы от дисперсного гётита; выделить мелкий ( < 0,1 мм) вермикулит из глинистой массы и выделить порошковатые редкометальные минералы. При наличии тонко­ дисперсных смесей даже диагностика минералов не всегда воз­ можна, а выделение мономинеральных фракций в ряде случаев невозможно. Расчет дебаеграмм полиминеральных смесей для гидратированных минералов, обычно имеющих диффузные дебаеграммы, с широкими расплывчатыми линиями, мало достоверен. При наличии смеси всего двух минералов (гётита и монтморил­ лонита; псиломелана и пиролюзита; сапонита или серпентина и любого из глинистых минералов и т. д.) достоверна диагностика лишь преобладающего минерала при содержании его свыше 40— 50 %. При содержании ниже 40 % и без того диффузные линии не могут быть однозначно определены. Только вещества кубической сингонии или вещества, обладающие устойчивой, резко специ­ фичной дебаеграммой и не гидратирующиеся в гипергенных ус­ ловиях (кварц, флюорит, шпинеллиды, барит, фторкарбонаты TR, монацит, циркон), обычно определяются в смеси с глинистой фазой. Особенно затрудняет диагностику минералов в смесях

постоянное присутствие в гипергенных продуктах гётита. Гётит трудно обнаружить и при его дисперсности невозможно отделить. В то же время линии этого минерала обнаруживаются на дебаеграммах большинства глинистых фаз, окрашенных в бурый цвет. Присутствие гётита фиксируется лишь под электронным микро­ скопом (так же, как и присутствие рассеянных мельчайших шести­ угольных пластин гидрослюд). Более надежными методами диагно­ стики дисперсных минералов в их смесях являются термический н электронно-микроскопический анализы. При взмучивании и последующем разделении на ряд последовательно осаждающихся фракций можно проследить более или менее полное разделение тонкодисперсных глинистых фракций и гидрослюд, частичное отделение порошковатого апатита, крандаллита, монацита или барита. Наиболее полно отделяется магнетит, пылевидная примесь которого обнаружена нами во всех рыхлых образованиях на карбонатитах.

В связи со значительным загрязнением нами не производи­ лось полных химических анализов глинистых минералов и гидро­ силикатов. Лишь в единичных случаях удалось отделить более чистые фракции гидрохлоритов, монтмориллонита, галлуазита, бейделлита. Более чистые и легко выделяемые фракции этих минералов изучены нами из силикатных кор. В этих корах не­ которые из первичных силикатов превращаются в мономинераль­ ные псевдоморфозы или же среди рыхлых образований встре­ чаются мелкие линзы и мономинеральные скопления глинистых минералов. На эталонных образцах их и были определены ос­ новные константы минералов, а изучение смесей затем произ­ ведено на полученной эталонной основе.

Всего в коре выветривания карбонатитовых массивов обна­ ружено 98 минералов. Большая часть из них гипергенного происхождения. Ранее в этих образованиях было известно около 30 минералов (Зверева, Писемский, 1969; Афанасьев, 1959; 1963; Терновой н др., 1969). Некоторые из обнаруженных мине­ ралов редки (коронадит, розенит, голландит, митридатит, дель-

98

При описании минералов основное внимание обращено на их ассоциации и распределение; обычные свойства наиболее распро­ страненных минералов не приводятся.

1. САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Минералы этого класса, типичные для зон окисления сульфид­ ных месторождений, редки среди продуктов выветривания карбо­ натитов, в связи с отсутствием или незначительным содержанием в коренных породах минералов Си, РЬ и практическим отсут­ ствием Ag, Au, B i .

С e p a S гипергеыысто происхождения довольно часто присут­ ствует среди продуктов окисления пирита и марказита и обнару­ жена в Вуориярви, Намо-варе, Себль-Явре и Нпжнесаянском массивах. Сера тесно ассоциирует с мелантеритом и гипсом, обра­ зуя тонкие желтые порошковатые налеты на их кристаллах. Скоп­ лений сера не образует и, вероятно, быстро окисляется на поверх­ ности, исчезая вместе с мелантеритом. Спектральным анализом в сере обнаружены следы Se, РЬ, In, Zn. Свойства серы обычные, дебаеграмма аналогична эталонной.

З о л о т о Аи постоянно присутствует в виде примеси в пер­ вичном пирите поздних карбоиатитов, но содержание его обычно не превышает 0,0001%. В гипергенных условиях при окислении пирита золото высвобождается, хотя в связи с незначительным первичным содержанием концентраций оно не образует. Следы золота постоянно отмечаются спектральным анализом в псев­ доморфозах лимонита по пириту. Редкая точечная вкрапленность самородного золота встречена в псевдоморфозах из массивов Восточного Саяна. Мелкие (<^0,01 мм) единичные выделения его имеют неправильную форму, весьма высокую отражательную способность. Золото желтого цвета, изотропно. Состав его не был изучен из-за невозможности выделения в чистом виде.

В рыхлых отлояшннях, развитых на пиритоносных породах одного из саянских массивов, обнаружены единичные тончай­ шие листочки золота, покрытые пленкой лимонита. Свойства золота обычные.

П л а тин a Pt—характернейший первичный минерал нормаль­ ных ультрабазитов (габбро-перндотитовой формации)—в ультраосновны х — щелочных массивах обычно отсутствует. В связи с этим платина обычно не встречается и в рыхлых отложениях на этих массивах. Единичные находки платины сделаны нами в озерных отложениях у северо-восточной окраины Лесной вараки и в аллю­

тоносными массивами проблематична, хотя поблизости типичных платиноносных интрузивных формаций нет. Платина образует единичные мелкие (до 0,1 мм) уплощенные выделения непра­ вильной формы серебристо-белого цвета. Спектральным анализом в ней обнаружены Pt, Os, Ir (>1%) и следы Fe, Си, Ni, Mn, Pd, Со, Сг.

2. СУЛЬФИДЫ

Минералы этой группы чрезвычайно характерны для первич­ ных карбоиатитов (Капустин, 1965, 1971). В зоне гипергенеза сульфиды разлагаются и лишь ничтожная часть их сохраняется.

М о л и б д е н и т MoS2 встречен в анкеритовых карбоиа­ титах многих массивов. В зоне гипергенеза он замещается ферримолибдитом, изредка сохраняясь в аллювии и рыхлых отло-

100

жениях в виде отдельных листочков, покрытых пленками лпмонита.

шие (до 2 км) расстояния. Обычно замещен с периферии желтыми охристыми продуктами. Как и молибденит, галенит сохраняется лишь в условиях холодного горного или субполярного климата, а в выветрелых зонах африканских и южноамериканских масси­ вов он отсутствует.

М а р к а з и т FeS2 иногда в виде мелких (до 1 мм) кристал­ лов и кристаллических корок развивается в массе и на поверх­ ности слабо выветрелых выделений пирротина. Он встречен в Вуориярви, Себль-Явре и одном из саянских массивов, в де­ зинтегрированных карбонатитах. Марказит обычно покрыт бе­ лыми порошковатыми массами мелантерита и быстро изменяется. Свойства минерала обычные; спектральным анализом в нем обна­

встречается на поверхности халькопирита в карбонатитах, лишь слабо затронутых выветриванием. Халькозин ассоциирует с ковеллином и штаффелитом. Свойства минерала обычные, дебае­ грамма аналогична эталонной. В халькозине из Ковдора спект­ ральным анализом обнаружены Си, Fe, Pd, Zn.

3. ФТОРИДЫ И ФТОРАЛЮМИНАТЫ

Минералы этого класса не характерны для коры выветрива­ ния типичных карбонатитов, так как в последних содержания фтора обычно невелики. Слюды и апатит из этих пород (содержа­ щие F) относительно устойчивы в гипергенных условиях и раз­ лагаются медленно. Значительные количества первичных фто­ ридов встречены лишь в жилах Фримонт Каунти (США — Heinrich, Quon, 1963), а скопления флюорита — в некоторых массивах Сибири.

Ф л ю о р и т CaF2 в виде редких зерен и прожилков присут­ ствует в первичных поздних карбонатитах Вуориярви, Намовары, Канганкунде, Фена, Альне, но содержание его невелико. Лишь в Большетагнинском массиве, в массивах Енисейского кряжа и Тувы флюорит образует мощные тела. В гипергенных условиях флюорит растворяется грунтовыми водами, превра­ щаясь в рыхлые ячеистые массы или замещаясь халцедоном. В более редких случаях флюорит переотлагается. В Большетаг­ нинском и Енисейском массивах нами обнаружены белые порошковатые налеты и кристаллические корки светло-фиолетового

101