Япаскурт О.В. Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо - и рудообразования
Подождите немного. Документ загружается.
Глава 13. К ПРОБЛЕМЕ ПОСТЭРУПТИВНЫХ И
ГАЛЬМИРОЛИТИЧЕСКИХ
ИЗМЕНЕНИЙ БАЗАЛЬТОИДОВ —
ПОСТАВЩИКОВ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ
ОСАДКОВ И РУД ОКЕАНИЧЕСКОЙ
ПИТАЮЩЕЙ ПРОВИНЦИИ
13.1. История постановки и познания проблемы
Постановка данной проблемы прямо вытекала из результа!
тов исследования геоминералогии океанского дна коллективом
А.Г. Коссовской (см. в предыдущей главе). Она писала об этом
так: «… В последние годы при определении осадочного слоя
океанов и связанных с ним рудоносных образований резко пе!
реоценивалась роль приноса материала с континента, а точнее
недостаточно доступна для изучения роль собственно океани
ческой питающей провинции. Под этим термином нами подра!
зумеваются и объединяются как твердые продукты разрушения
базальтоидного субстрата, так и вещества, выносимые гидро!
термальными растворами, формирующимися в конвективных
системах активных областей океанического дна при глубинном
проникновении и взаимодействии морской воды с окружающи!
ми магматическими породами» (Коссовская, 1982, с. 5).
И вот, в начале 80!х годов в периодических изданиях журна!
ла «Литология и полезные ископаемые» стали регулярно появ!
ляться статьи на эту и близкую к ней темы. Заметная концентра!
ция их приходится на журнал №4 за 1982 г., половину объема ко!
торого заняли статьи самой А.Г. Коссовской, а также В.Д. Шуто!
ва (посмертные), В.В. Петровой, И.М. Симановича и Д.И. Куд!
рявцева, С.Г. Сколотнева, И.В. Холодкевича и А.Р. Гептнера. И
все они о базальтах и низкотемпературных постэруптивных про!
цессах — подводных и наземных (для сравнения). Затем были
публикации в том же журнале И.М. Симановича и С.Г. Сколотне!
ва (1988) на тему: «Инициальные изменения базальтов и их воз!
можный вклад в седиментогенез»; А.Г. Коссовской, В.В. Петро!
вой, К.Г. Каледы, А.Л. Соколовой и др. (1984) «Парагенезы села!
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3311 11
донит!глауконитовых минералов и кристобалита в преобразо!
ванных океанических базальтах» и многие др.
К их рассмотрению мы вернемся, заметив, что в 1990–2005
гг. эта тематика прервала свое активное развитие по стечению
ряда причин (начиная от экономических трудностей в проведе!
нии океанических исследований в годы распада СССР и кончая
уходом из жизни лидера научного направления — А.Г. Коссов!
ской, 1 декабря 2000 г.). Импульсом к возрождению упомянуто!
го направления стала докторская диссертация и монография
ученицы А.Г. Коссовской В.В. Петровой, 2005 г. (библиографи!
ческую ссылку см. в главе 1) о низкотемпературных вторичных
минералах и их роли в литогенезе. В ней очень много места уде!
лено не просто описаниям и иллюстрации фактов возникнове!
ния цеолитов и др. аутигенных минералов из контактирующего с
морской водой вулканического стекла, но впервые раскрыты в
деталях механизмы и модели протекания процессов вторичного
минералообразования (при гальмиролизе, в том числе).
13.2. Описание некоторых итогов работ
А.Г. Коссовской с коллегами
по данной проблеме
Вернемся теперь к результатам прежних работ, по публика!
циям 1982–1988 г.г. Ставя научную задачу перед своими колле!
гами, А.Г. Коссовская отмечала, что первым исследователем,
обратившим внимание на характерные особенности подводно!
го изменения базальтов в начале 70!х годов ХХ в. был Мэтьюз
(1973), а затем Харт (Hart,1973), который установил, что в про!
цессах гальмиролиза в базальтах резко уменьшается концент!
рация Ca, Mg, Fe
2+
и увеличивается содержание Fe
3+
, и происхо!
дит накопление К. Затем было выяснено, что помимо калия име!
ет место накопление др. литофильных элементов: Li, Cs, Rb, Sr и
аккумуляция U. Низкотемпературный характер этих процессов
устанавливался по данным изотопии кислорода. Судя по соот!
ношениям
16
О/
18
О в новообразованных гальмиролитических ми!
нералах, Т=+4
О
С. А в наиболее измененных базальтах мелового
возраста, преобразованных при участии нагретых растворов,
теми же методами зафиксированы Т ≈ 40
О
С.
3311 22 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаа сскк уурр тт
Интересную информацию содержало в себе минералоги!
ческое воплощение перечисленных выше гальмиролитических
изменений базальтов. В молодых эффузивах плейстоцен!мио!
ценового возраста это палагониты и хлориты (содержащие до
3–5% К
2
О), железистые смектиты (4–5% К
2
О) со всей гаммой
переходов до селадонитов и цеолита — филлипсита (5–6% К
2
О).
В базальтах эоцен!мелового возраста названная ассоциация
дополняется калишпатами, замещающими основные плагиок!
лазы микролитов, содержания К
2
О в которых достигает 12–15%.
Исследования океанского дна, активно проводившиеся в
последней четверти ХХ в. американскими, отечественными и др.
морскими судами, показали, что такого рода изменениями ох!
вачена вся толща океанских базальтов, начиная от наиболее
древней (> 110 млн. лет) и вплоть до современной океанической
коры. «Установлены факторы, определяющие степень изменен!
ности базальтов: проницаемость пород, длительность активно!
го взаимодействия с морской водой, возраст и влияние повы!
шенных значений теплового потока. Совокупность геохимичес!
ких и минералогических преобразований океанических базаль!
тов, приводящая к накоплению в них признаков, чуждых поро!
дам океанической коры и типичных для коры континентального
типа, была названа явлением низкотемпературной начальной
континентализации пород океанической коры …» (Коссовская,
1982, с. 5).
Свидетели этих процессов были исследованы стадиально!
геоминералогическими методами. Описаны минеральные ассо!
циации, образующиеся при процессах низкотемпературной па!
лагонитизации пиллоу!лав. Вначале была дана четкая характе!
ристика различий палагонитов и хлорофеитов и сформулирова!
ны их определения (трактовки этих понятий до сих пор у петро!
логов остаются не общепризнанными), и тут же проведено срав!
нение процессов палагонитизации подводной и наземной.
Прежде, чем это показать, необходимо было разобраться с
исходными понятиями «палагонит» и «хлорофеит». Вот, как они
характеризуются в Геологическом словаре 1973 г., том 2.
Палагонит (по древнему названию Сицилии — Палагонея)
— хлоритоподобное вещество переменного состава, богатое
водой… . Представлен в виде гелеподобного продукта, облада!
ющего всеми характерными для него свойствами: метаколлоид!
ными структурами, трещинами усыхания и нередко полной изо!
тропностью. Показатель преломления его близок к показателю
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3311 33
канадского бальзама (n = 1,532–1, 539 ± 0,002). Развивается в
диабазах, базальтах, долеритах, где заполняет интерстиции
между главными породообразующими минералами и слагает
правильные округлой формы миндалины. Хлорофеит — смесь
хлорита, гётита и кальцита. Продукт изменения оливина, также
заполняет трещины в основных породах.
А.Г. Коссовская, В.В. Петрова и В.Д. Шутов (1982) внесли
коррективы в трактовку данных понятий, обратившись к их пер!
воисточникам. Это были, во!первых, работы В.С. Вальтерсхау!
зена, который в 1853 г. впервые ввел термин «палагонит», изучая
гиалокласты и туфы Исландии и Сицилии, и более поздние ра!
боты 1928 г. Пикока и Фуллера, которые установили границы,
разделяющие два разных петрографических и генетических об!
разования в базальтах. «Палагонитом они предложили называть
только гидратированные гели, возникающие непосредственно
при изменении закалочного прозрачного стекла сидеромелана.
Многочисленные типы древних аморфных образований, запол!
няющих везикулы, интерстиционные промежутки, прожилки, об!
разующие глобули, часто встречающиеся в базальтах с различ!
ными кристаллическими структурами, в диабазах, долеритах и
габбро, было предложено называть хлорофеитом. Простота
структурно!генетической характеристики опознания палагонита
сделали этот термин общепризнанным в зарубежной литерату!
ре …» (Коссовская, Петрова, Шутов, 1982, с. 11).
Авторы этой цитаты стремились восстановить у нас именно
такие понятия, потому, что у наших петрографов понятие «пала!
гонит» приобрело очень широкую и неопределенную трактовку.
После работ 1940 г. Б.М. Куплетского, изучавшего базальты Ти!
мана и назвавшего палагенитом всю совокупность аморфных
образований, выполняющих и мезостазис, и миндалины в поро!
де, очень широкая трактовка термина прочно вошла в отечест!
венную литературу.
Цитируемые авторы подчеркнули, что надо вернуться к
первоистокам терминов, и всю группу коломорфных гелевид
ных образований, связанных как с афировыми, так и с кристал
лическими базальтоидами, но не имеющих отношения к зака
лочным оболочкам сидеромелана, целесообразно именовать
не палагонитами, но термином: «группа хлорофеита».
Определение термина «палагонит» было принято согласно
формулировке сотрудника А.Р. Гептнера (1977), который пер!
вый, используя сканирующую электронную микроскопию, на!
3311 44 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
глядно показал характер перехода стекла в палагонит, выделил
типы и стадии этого процесса. Он показал реальную возмож
ность формирования палагонита в любых геологических обста
новках, где происходит соприкосновение сидеромелана с во
дой. Однако, в отличие от взглядов А.Р. Гептнера, считающего
палагонит вполне определенным минеральным образованием,
А.Г. Коссовская и ее коллеги считали более целесообразным со!
хранить для минералогического определения термин «группа
палагонита», имея в виду разнородность гелевидных фаз, воз!
никающих в процессах преобразования сидеромеланового
стекла.
Далее эти исследователи сумели проследить при микро!
зондовом исследовании и изучении под сканирующим микро!
скопом минералогическое воплощение специальной последо!
вательности палагонитизации сидеромелана в пиллоу!лаве.
Ими была установлена зональность вторичного минералообра!
зования, которая отражает последовательность формирования
оболочек закаливания и быстрого охлаждения изначально
аморфного вещества (рис. 13.1.). Характерная особенность
внешних зон пиллоу — наличие радиальных и концентрических
трещин между оболочками с различными структурами, что
обусловливает их высокую проницаемость, облегчает доступ
морской воды к внутренним участкам сидеромелановой массы и
создает возможности для обмена компонентами в системе «во!
да!стекло» для гидратации стекла и формирования аутигенных
минералов. Общая картина преобразования сидеромелановой
оболочки оказалась вот какой (см. рис. 13.1.). Исследователи
наблюдали три типа фронта начальной палагонитизации стекла.
Это рыхлые, пористые образования коричнево!, оранжево— и
зеленовато!желтых цветов, непрозрачные, выделяющиеся в оп!
тическом микроскопе своей резкой шагреневой поверхностью и
изотропностью, с n = 1,510 и ниже, местами до 1,430.
Этот изотропный палагонит генерации I сопряжен (посте!
пенными переходами, а кое!где и резкой границей) с двупре!
ломляющим светло!желтым палагонитом II, или фибропалаго
нитом. Он назван так за радиально!лучистую микротекстуру. На
рентгенограмме фибропалагонита на фоне широкого галло в
области 5,0–3,0 А обнаружены слабые рефлексы 13,8 А смекти!
та и 7,13, и 3,18 А филлипсита. Это дало основание считать, что
фибропалагонит — это промежуточное образование: уже не
аморфный палагонит, но еще не сформировавшиеся минералы
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 331155
°
°
°
3311 66 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
Рис. 13.1. Минеральные ассоциации палагонизации. Из книги В.В.
Петровой, 2005 г.:
а — общий вид, фрагмент слабо раскристаллизованного стекла хорошо ви!
ден в левом верхнем углу снимка, стекло оторочено каймой слабо и сильно
двупреломляющего палагонита; линза такого же палагонита расположена
выше правого нижнего угла снимка, она не имеет видимой связи со стек!
лом; в центральной и крайней правой части снимка видна ассоциация фил!
липсита, смектита и рудного минерала (оптический микроскоп, с анализа!
тором); б, в — центарльная зона снимка а: б — (без анализатора), хорошо
видны розетки филлипсита и черные выделения рудного минерала, в — с
анализатором, видны гелевые фазы (крестовидное двупреломление), из
которых начинается раскристаллизация филлипсита на границе геля и кри!
сталлического филлипсита, а также филлипсита и смектита, видна отороч!
ка из мелкой рудной сыпи.
а
в
б
(смектит, филлипсит). При очень больших увеличениях элек!
тронного микроскопа было замечено, что в фибропалагоните
находятся частицы «начального» смектита, «паукообразно» рас!
ползающиеся радиально от центральной аморфной частицы.
При увеличениях в 10 000 раз обнаруживались также микрокри!
сталлики филлипсита, которые служат как бы «затравкой» для
роста радиальных оторочек хорошо окристаллизованных каран!
дашевидных зерен этого цеолита. Рост кристаллов филлипсита
происходит от отдельных центров непосредственно из гелевид!
ной фазы разложенного вулканического стекла, что отчетливо
видно на микрофотографиях (рис. 13.2). Этому минералу свой!
ственна большая кристаллизационная сила, которая обусловли!
вает правильное кристаллографическое оформление его инди!
видов. Одновременно с их образованием происходит обособле!
ние колломорфных непрозрачных сгустков «рудного вещества»,
состоящих из Fe и Mn с несколько повышенными содержаниями
Mg и Ca (см. рис. 13.1, б). Наиболее поздняя фаза этих много!
ступенчатых преобразований сидеромелана представляется
хорошо окристаллизованным Mg!Fe!смектитом, который за!
полняет интерстиции между округлыми друзовидными («ро!
машкоподобными») сростками филлипсита. Под сканирующим
электронным микроскопом видна волокнисто!ячеистая структу!
ра этого смектита, а в центре ее — мельчайшие выделения Mn.
Микрозондовый анализ дал представление о стадийности
выноса, привноса и перераспределения химических элементов
по мере стадийности разложения сидеромеланового стекла и
возникновения вышеописанных минеральных новообразова!
ний. Эта стадийность представлялась исследователями такой:
1) вынос из стекла Са, Na, Mn, привнос Н
2
О и К; разрыхление его
структуры и рост проницаемости; 2) образование палагонита I и
вслед за ним (местами одновременно) — фибропалагонита, с
частичным выносом и перераспределением Si, Al, Fe, Mg, Ti и
привносом К; 3) дифференциация фибропалагонита на отдель!
ные минеральные фазы: а) раскристаллизация в Fe!смектит, б)
стягивание в отдельные скопления рудных компонентов — Fe, Ti,
Mn и Mg, в) обособление обогащенного Si, Al гидрогеля и крис!
таллизация в филлипсит с привносом Na и К, г) формирование
хорошо окристаллизованного Mg!Fe!смектита совместно с по!
здним Mn!рудным минералом. Данный процесс может быть не
завершен, и прерван на любой из упомянутых выше стадий.
Обобщая эти наблюдения, исследователи выделили три ниже!
перечисленные фазы палагонитизации сидеромелана.
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 331177
3311 88 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
Рис. 13.2. Кристаллизация филлипсита по матрице основного
стекла (РЭМ). Из книги В.В. Петровой, 2005 г.:
а, б — переход стекла в филлипсит через гель!палагонит; в, г — раскрис!
таллизация стекла в филлипсит без промежуточных палагонитовых фаз;
дз — раскристаллизация фибро— и гель палагонита в филлипсит, хорошо
видны комковатые выделения рудной фазы на границе палагонита и на!
чальной стадии роста кристаллов филлипсита.
а
д
еб
ж
в
з
г
А.Г. Коссовская, В.В. Петрова и В.Д. Шутов, таким образом,
по!новому, сравнительно с бытовавшими прежде представле!
ниями, раскрыли суть данного процесса. Они доказали, что по
стэруптивное образование минеральных фаз было не цементи
рующим заполнением аутигенными минералами открытых тре
щин в сидеромелане, а процессом метасоматического пере
рождения первичного вещества сидеромелана. Новые мине!
ральные фазы были не оторваны от времени излияния базальта,
но возникли при взаимодействии вулканического стекла с мор!
ской водой в результате диффузионно!инфильтрационного пе!
рераспределения исходных компонентов. Ассоциации возник!
ших при этом парагенетически взаимосвязанных гидратирован!
ных минералов (филлипсит, смектиты, различные рудные обра!
зования) предполагалось объединить общим наименованием:
«парагенетическая минеральная ассоциация процесса палаго
нитизации». Экстракция и обособление в этом процессе рудных
компонентов Fe, Ti, Mn способна внести свой вклад в формиро!
вание рудоносных растворов. К этому аспекту мы вернемся в от!
дельном разделе (см. ниже, 13.3).
Учитывая все эти данные и материалы бурения в Атлантиче!
ском и Тихом океанах, В.Д. Шутов (1982) сформировал более
масштабную стадиальную схему эпигенеза океанских базальтов.
Им были исследованы образцы донных базальтов от самого
древнего — позднеюрского возраста до плейстоценового вклю!
чительно, и при этом выяснены три стадии их преобразования.
Первая — дейтерогенная стадия, характеризующаяся взаи!
модействием еще не полностью застывшего расплава с морской
водой. Ей свойственно возникновение хлорофеита в результате
поступления в еще жидкую магму паров воды. Исходя из сухости
первичного базальтового расплава (доказательство — химичес!
кий состав стекла) вначале Барагар и др. (Baragar et all., 1977), а
затем И.М. Симанович и Д.И. Кудрявцев (1982) сделали вывод об
экзогенном источнике воды и продувке ее через базальтовый по!
ток в ходе его извержения. Экзогенная продувка воды сопровож!
дается образованием мелких пузырей ложных миндалин, кото!
рые как бы стекаются в более крупные пузыри, или везикулы.
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 331199
Они заполняются метаколлоидным изотропным хлорофеитом.
Природа его до конца еще не ясна. Прежняя точка зрения о том,
что хлорофеит представляет собой коллоидный ликват магмати!
ческого расплава оспаривается альтернативным представлени!
ем о хлорофеите как сильно гидратированной стекловатой фазе.
Это нестойкое образование. Его изотропная масса, как в везику!
лах, так и в миндалинах замещается раскристаллизованными в
более поздние стадии глинистыми минералами. Механизм их
возникновения еще не ясен. Есть точка зрения, что расслаивание
изотропного хлорофеита осуществляется спонтанно, как естест!
венный процесс старения метаколлоидного образования. Но су!
ществует и иное мнение, допускающее метасоматические про!
цессы замещения хлорофеита глинистыми минералами.
Вторая стадия — гальмиролитическая. Она описана выше, и
начинается с кратковременного высокотемпературного контакта
базальтов с холодной морской водой. И хотя период горячего
контакта исчисляется секундами, он носит «взрывной» характер,
позволяющий сидеромелановому стеклу закалиться и растрес!
каться. Далее, на протяжении очень длительного времени проис!
ходит формирование палагонита, цеолитов, смектитов и вынос
рудных компонентов, отлагающихся как на поверхности охладив!
шихся базальтов, так и рассеивающихся в массе океанской воды.
Третья стадия — гидротермального метаморфизма (или
корренситовая стадия) охватывает процесс вторичного разо!
грева эффузивов под воздействием притока эндогенных тер!
мальных растворов (в зонах спрединга, например). При этом по
породообразующим минералам базальтов формируются: кор!
ренсит (напомню, что это смешанослойный минерал, состоя!
щий на 50% из хлорита и на 50% из смектитовых слоев), альбит,
эпидот; местами смектиты, кварц, пирит либо оксиды Fe и Mn.
Различные сочетания этих минералов связываются с различны!
ми значениями Т и составами гидротерм.
В.Д. Шутов особо подчеркивал, что все три рассмотренные
стадии вторичного преобразования базальтов обнаруживают
тесное взаимодействие пород с нагретой либо холодной мор!
ской водой.
Хлорофеитовая стадия стала объектом пристального вни!
мания И.М. Симановича и Д.И. Кудрявцева (1982). Они внесли
уточнения в понятийную базу. «… Хлорофеит — это микроскопи!
чески аморфный гидрогель переменного состава, развитый в ос!
новной массе базальтов и в миндалинах. Если хлорофеит частич!
332200 ОО ..ВВ .. ЯЯ пп аасс кк уу рртт