Особенности состава и генезиса нефритов Саяно-Байкальской горной области.

 16.12.2018  полезное, вопрос к эксперту, научная литература

М.С. Холькин

Научные руководители старший преподаватель Т.Е.Мартынова(1) , А.П.Секерин(2)

1 Томский политехнический университет, г. Томск, Россия

2 Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск, Россия

Возросший интерес к нефриту как ювелирно-поделочному камню стимулировал изучение его состава и условий формирования, поскольку в природе подобные образования довольно редки и полученная информация имеет важное петрологическое значение. В настоящее время нефритом называется порода, состоящая из тончайших волокон тремолит-актинолитового амфибола с характерной спутанно-волокнистой структурой. Необычная прочность нефрита, достигающая при одноосном сжатии 12 000 кг/см2 , обусловлена особенностями его структуры. Удельный вес его составляет 2,8-3,1 г/см 3 , твердость по шкале Мооса 5,0—6,5. Цвет нефритов варьирует от снежно-белого до темнозеленого и черного, с различной степенью густоты тона. С помощью методов оптической, ИК-спектроскопии было выяснено, что основной вклад в окраску нефритов вносят ионы Cr 3+ , Ni2+ и Fe2+, входящие в искаженные октаэдрические позиции на место ионов Mg2+ (Платонов и др., 1975). Цвет нефритов, содержащих менее 1% двухвалентного железа, обычно белый. Увеличение содержания Fe2+ приводит к появлению зеленой окраски, а наличие хрома усиливает его яркость до изумрудно-зеленых тонов. Черный цвет некоторых нефритов обусловлен присутствием дисперсного графита. Высококачественный нефрит полупрозрачен и в тонких сколах просвечивает на глубину до 1 см. Следует отметить, что светлоокрашенные нефриты на месторождениях, связанных с гипербазитами, встречаются крайне редко и в основном распространены среди осадочно-метаморфических карбонатных пород (аподоломитовые нефриты).

Нефритам гипербазитовых массивов свойственна идентичность как макро-, так и микроструктурных особенностей. Состоят они из тонких волокон тремолита, собранных в пучки, которые, тесно переплетаясь друг с другом, образуют спутанно-волокнистый агрегат. Каждый отдельно взятый пучок состоит из 10—30 субпараллельных волокон размером от 0,005x0,01 до 0,01x0,2 мм. В нефритах наиболее часто встречаются фибробластовая (спутанноволокнистая), спутанно-параллельно-волокнистая, порфиро-бластовая сноповая с фибробластовой основной тканью (Якшин, Замалетдинов, 1971). Кроме того, в нефрите встречаются хлорит, тальк, серпентин, карбонаты, диопсид, пренит, эпидот, цоизит, гранат, призматический тремолит, апатит, сфен, магнетит, хромшпинелиды, сульфиды, гидроокислы железа, из которых серпентин, магнетит, хромшпинелиды, иногда диопсид являются реликтовыми, а остальные вторичными или сингенетичными.

Химический состав нефритов различных месторождений приведен в таблице 1.

Кристаллохимические особенности тонковолокнистого амфибола (тремолита) с нефритовых месторождений детально изучены Ю. Н. Колесником (1966). Им, в частности, установлен изоморфизм по схеме Si –>Аl и 3Mg –> 2Fe3+. В целом химическая формула тремолита, слагающего нефрит, имеет следующий вид: Ca8(Mg4,5Fe0,5)5[Si4O11]2(OH)2.

Химические составы нефритов из месторождений Саяно-Байкальской складчатой области были обработаны методом кластер-анализа (рис. 1). Для расчетов использовалась матрица пХт (п — количество проб, равное 120; т — петрогенные окислы — SiO2, TiO2, A12O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, п. п. п.). Пробы для кластирования подобраны таким образом, что охватывают все типы нефритов. При этом учитывается их принадлежность к определенному региону, месторождению и положению в пределах месторождения (состав исходной породы, контактирующей с нефритом, парагенезисы родингитов и т. д.). Минимальное значение коэффициента корреляции при степенях свободы f = 118 равно 0,2 (Налимов, 1960).

Средние химические составы нефритов и тремолититов Саяно-Байкальской горной области, вес. %

Примечание. Месторождения: 1 — Горлыкгольское, 2 — Оспинское, 3 — Хамархудинское, 4 —
апонефритовые тремолититы.

Первая группа окислов, в которую входят SiO2— CaO — MgO — К2О, представляет собой в первом приближении идеальный состав тремолита, а во вторую (А12О3 — TiO2 – FeO — Fe2O3 – Na2O) входят примесные соединения. Для первой группы характерно наличие положительной коррелятивной связи между SiO2 и СаО и почти  полное отсутствие ее с Mg, что свидетельствует о непостоянстве содержания Mg в нефритах и более высокой по сравнению с Si и Са способности Mg к изоморфному замещению. Также построена диаграмма (фактор-анализ), показывающая вариации содержаний окислов в нефритах и апонефритовых тремолититах (рис. 2). При ее построении TiO2, Na2O и К2О исключены, поскольку для них характерны очень малые содержания. На диаграмме показаны химические составы нефритов и тремолититов с месторождений Саяно-Байкальской складчатой области. Сюда же для сравнения нанесен идеальный состав тремолита. Как следует из диаграммы, апогипербазитовые нефриты характеризуются железистостью и образуют самостоятельное поле, совпадающее с областью распространения тремолититов. В нижней части поля тремолититов располагаются породы, подвергшиеся вторичным изменениям, в частности хлоритизации. Они характеризуются большей, чем нефриты, железистостью. В целом же для нефритов и тремолититов характерно отсутствие резких различий в химическом составе.

Рис.1. Степень корреляционной связи между петрогенными
окислами в нефритах Саяно-Байкальской горной области.

Изучение относительной подвижности компонентов при нефритизации серпентинитов проводилось по методу И.В. Давиденко (1975). В основе метода лежит сравнивание содержаний компонентов (петрогенных окислов) из метасоматитов и исходных пород. Если содержание компонентов в сравниваемых выборках одинаково, то отношение их содержаний равно единице и такой компонент будет наименее подвижен. При разных содержаниях отношение будет отлично от единицы на величину (X1/X2 — 1), где Х1 — метасоматит, Х2 — исходная порода. О степени подвижности компонента будет свидетельствовать абсолютное значение величины (Х1/Х2 — 1), а по характеру знака можно судить о привносе (+) или выносе (—). Вычисленные по этому способу ряды подвижности компонентов при образовании метасоматита и исходной породы по метасоматиту оказываются различными по абсолютной величине. Для удобства расчетов в предложенной формуле поменяли местами числитель и знаменатель. В числителе ставится большее по своему абсолютному значению число, в знаменателе — меньшее. Если в числителе находится содержание компонента в исходной породе, по полученному отношению ставится знак (—), и наоборот, знак (+) присваивается отношению, в котором в числителе находится содержание компонента в метасоматите.

В данном случае для расчетов использованы средние составы нефритов и контактирующих с ними серпентинитов. По полученным данным ряд подвижности компонентов имеет следующий вид: СаО (+17,72) > Н2О (- 5,06) > MgO (- 0,60) > К2О (+0,55) >Feобщ ( - 0,30) > SiO2 ( + 0,29) > Na2O (+0,27) >А12О3 (+0,24) > TiO2 (-0,20).

Рис.2. Вариации содержаний окислов в нефритах различных типов и тремолититах:
1 – апогипербазитовые нефриты, 2 – аподоломитовые нефриты, 3 – тремолититы, 4 – теоретический состав тремолита.

Главной особенностью этого процесса является значительный привнос Са в серпентиниты и вынос Н2О. Остальные компоненты испытывают гораздо меньшую подвижность. Диффузионный обмен между алюмосиликатной породой и серпентинитом на фоне интенсивного привноса Са позволяет отнести нефритообразование к биметасоматозу. Генерация Н2О при этом обусловливает интенсивное протекание метасоматических реакций. Преобладание привноса над выносом приводит к увеличению удельного веса нефрита по сравнению с серпентинитами. Выявленные особенности метасоматических изменений позволяют отнести нефритообразование к Fe – Mg – Са – метасоматозу. Антигоритовым серпентинитам, вмещающим нефритовые жилы, в связи с малой степенью окисленности железа свойственен восстановительный режим формирования. В нефритах эта закономерность проявлена более четко. Степень окисления апогипербазитовых нефритов (по А.Ритману) колеблется от 0,1 до 29,3% (среднее значение по 25 пробам составляет 10,6%). Существование восстановительных условий подчеркивается наличием в некоторых нефритах тонкодисперсного графита. Общая же схема процесса образования нефрита выглядит следующим образом: на первых этапах по трещинам спайности антигорита образуются волосовидные кристаллики тремолита, количество которых постепенно возрастает. При полном замещении антигорита тремолитом образуются пучки субпараллельных волокон тремолита. Такая структура нефрита является самой распространенной и наследуется от исходной серпентинитовой массы, подвергшейся замещению. После этого в массе нефрита, особенно вдоль трещинок, начинается равновесная перекристаллизация с формированием удлиненных призматических кристаллов тремолита. Если этот процесс закончится, то вместо жилы нефрита будет образовано такое же по размерам тело тремолититов. Следовательно, перекристаллизация нефрита в тремолитит лимитируется длительностью процесса метасоматического замещения в режиме термостатирования, ибо решающим фактором для сохранения нефрита является незавершенность процесса. Отсюда становится понятным отсутствие крупных тел нефрита. Обычно это маломощные жилы, линзы и гнезда, подвергнутые в разной степени перекристаллизации с образованием тремолититов. Предложенный механизм формирования нефрита подтверждается экспериментами Д. В. Калинина с соавторами (1975). Ими было установлено, что тонковолокнистые амфиболы характерны для низкотемпературных условий эксперимента и при увеличении длительности опытов происходит перекристаллизация волокон в призматические кристаллы при тех же физико-химических условиях. Такой же эффект имеет место и с ростом температуры. Очевидно, что в природных условиях нефрит образуется при относительно невысоких температурах, на начальных стадиях процесса, когда мала скорость роста кристаллов тремолита, но высока скорость зародышеобразования, что в конечном итоге ведет к спонтанному процессу роста большого количества тонких псевдоморфных волокон тремолита по антигориту и к образованию нефрита. О невысоких температурах при нефритообразовании можно судить по составам парагенезисов родингитов (постоянные спутники нефритов), соответствующим фации зеленых сланцев. Подводя итог вышесказанному, можно сказать, что учитывая специфические особенности генезиса апогипербазитового нефрита, следует предполагать широкий диапазон условий его образования, в основном в высокомагнезиальных средах, представленных магматическими породами.

Литература

1. Летников Ф.А., Секерин А.П. Особенности состава и генезиса нефритов Саяно-Байкальской горной области. // Доклады АН СССР. – М., 1977. - т.234.
2. Давиденко И. В. Статистическая оценка относительной подвижности компонентов при метасоматозе. // В кн.: Метасоматизм и рудообразование. - М.: Недра, 1975. - С. 255-259.
3. Замалетдинов Р. С, Сутурин А. Н. Улан-Ходинское месторождение нефрита (Восточный Саян). // Советская геология. М., 1974. - №9. - С. 90—98.
4. Ритман А. Устойчивые минеральные ассоциации изверженных пород. - М.: Мир, 1975. - 282 с.
5. Сутурин А. Н., Замалетдинов Р. С. Нефриты. - Новосибирск: Наука, 1984. – С.104-118.
6. Сутурин А. Н., Замалетдинов Р. С, Летников Ф. А. и др. Минералогия и генезис нефритов СССР. // В кн.: Тезисы докладов XI съезда Междунар. минералог. ассоциации. - Новосибирск, 1978. – т.11. - С. 110-112.
7. Якшин И. С, Замалетдинов Р. С. Состав и структуры нефритов Восточного Саяна. // В кн.: Вопросы геологии Сибири. - Томск, 1971. - С. 220—221.