МИНЕРАЛЫ СЕМЕЙСТВА КРЕМНЕЗЕМА

МИНЕРАЛЫ СЕМЕЙСТВА КРЕМНЕЗЕМА

Минералы семейства кремнезема — главные составные части агата. Из них прежде всего имеют значение халцедон, кварц, кварцин, А-, К- и КТ-опал
. Роль остальных представителей этого семейства среди минералов, входящих в состав агата, значительно ниже.
Минералы кремнезема, образующие агаты, рассматривались в той или иной мере различными авторами [223], затрагивающими минералогию агатов, а иногда с большой детальностью в описательной минералогии. Однако в обстоятельных работах последнего типа, например Дж. Дэна и др. [37], многие важные детали свойств этих минералов, форм выделения и взаимоотношения друг с другом, необходимые для понимания рассматриваемых вопросов, не нашли достаточно полного отражения. Из работ описывающих минералы семейства кремнезема, непосредственно связанных с агатами, обстоятельностью привлекают исследования Г. П. Барсанова и М. Е. Яковлевой и др. [11]. Это освобождает нас от описания многих деталей, рассмотренных в указанных работах, и позволяет сконцентрировать внимание на других аспектах минералогии минералов семейства кремнезема, используя в то же время, с любезного согласия Г. П. Барсанова и М. Е. Яковлевой, многие из полученных ими микрофотографий.
Халцедон. До сих пор халцедон рассматривался как тонковолокнистая или сферолитовая разновидность кварца, характеризующаяся отрицательным удлинением и вытянутостью волокон вдоль [1120] или [1100] [37]
. Однако обстоятельное его исследование выявило в последнее время
некоторые существенные отличия халцедона от кварца, лежащие тем не менее в границах различия отдельных разновидностей, а не минеральных видов. Из них важнейшими, очевидно, следует считать: 1) различную степень разупорядоченности структуры кварца с нарушением трехмерной связи; 2) микрокристалличность отдельных индивидов — игольчатых или пластинчатых; 3) отрицательное удлинение индивидов; 4) повышение содержания Н
0 (иногда почти до 1,5% — частично в виде ОН
[179, 180]) и других примесей (почти до 2%). Следствием этого являются более низкие плотность, показатели преломления и двупреломления халцедона по сравнению с кварцем
Кварц
Халцедон
d 2,65074±0,0001 (при 4 °С)
2,614—2,637
Ne 1,55336
1,548—1,526 (чаще 1,543—1,541)
No 1,54425
1,543—1,530 (чаще 1,538—1,534)
dN 0,009
0,002—0,006
Все это позволяет диагностировать халцедон различными физическими (включая микроскопию, ИК-спектроскопию, рентгенографию) и химическими методами
. Достаточно определенны и различия между халцедоном и кварцем в формах их выделения, на чем следует остановиться более подробно, поскольку именно эти черты халцедона во многом определяют основные физические свойства агатов.
До недавнего времени халцедон определялся как тонковолокнистая разновидность кварца, выделяющаяся в виде отдельных сферолитов и сферолитовых корок
. Однако при микроскопическом их исследовании очень часто отмечалось волнистое угасание, связываемое с геликоидальной закрученностью волокон (рис. 26). В то же время иногда высказывались представления о том, что это не игольчатые волокна, а тонкие пластинчатые кристаллы, скрученные вдоль оси с, как это было описано Г. Леммлейном [64, 65] для кристаллов кварца, тем более что скрученные его кристаллы часто оказывались сплюснутыми по одной из граней призмы с удлинением J_ с (т. е. по одной из осей L,)
Наряду со сферолитовым халцедоном известен мелкозернистый (иногда его называют тонкочешуйчатый) халцедон, отдельные индивиды которого образуют тесные срастания, имеющие структуру типа роговиковой (рис. 27).
Г. П. Барсанов и М. Е. Яковлева выделяют четвертую морфологическую разновидность халцедона, которую называют глиноподобным халцедоном
. Такой халцедон характеризуется чрезвычайно мелкозернистым строением с ориентированным расположением отдельных зерен — признаками, по которым он сопоставим с глинистыми агрегатами. К таким агрегатам полностью применима характеристика, данная М. С. Швецовым [137] глинистым минералам подчеркивавшего в ней чрезвычайно мелкозернистое строение глин, преимущественную ориентировку отдельных частиц, вызывающую под микроскопом почти одновременное угасание всего поля зрения или значительных его участков.
Электронно-микроскопическое изучение глиноподобного халцедона [257] показало, что он состоит из мельчайших кристалликов (1—5 мкм) кварца, причем самые мелкие из них имеют псевдокубический габитус за счет практического отсутствия граней призмы и второго ромбоэдра.
Рис. 26. «Геликоидальная закрученность волокон» халцедона. Исландия. Ув. 125( + ). Я (здесь и далее буквой «Я» обозначены микрофотографии, полученные от М. Е. Яковлевой).
Рис. 27. Выделение мелкозернистого (тонкочешуйчатого) халцедона в основании тонкоигольчатой сферолитовой халцедоновой корки. Дания. У в. 40 (-(-). № 17841. Я.
Рис. 28. Закрытые поры на границе двух халцедоновых прослоев. Кафигшем, ТССР. Ув. 320 (||). № 4А. Я.
Рис. 29. Зональный халцедон с чередующимися полосами с высоким (ширина до 10 мкм) и низким (йг 2 мкм) показателями преломления и ритмичным выделением мелких замкнутых пор. Кафигшем, ТССР. № ЗА. Я.
Было установлено также, что одни из слоев глиноподобного халцедона состоят из кристалликов кварца близкого размера, а другие содержат более крупные кристаллики (10-20 мкм в длину и 5 — 10 мкм в диаметре), интерстиции между которыми заполнены мельчайшими кварцевыми кристалликами (1 — 3 мкм). Кроме того полосчатость такого халцедона иногда определяется полосчатым расположением пор диаметром около 1 мкм [218].
Все сказанное показывает, что для халцедона характерны по крайней мере три морфологических типа агрегатов: 1) сферолитовые (как отдельные сферолиты, так и сферолитовые корки); 2) мелкочешуйчатые; 3) скрытокристаллические до глиноподобных, но плотные, а не мягкие или рассыпающиеся, как это свойственно глинам.
В агатах наиболее распространены агрегаты первого типа, с рассмотрения которых и следует начать. Однако до этого необходимо сказать, что зональность агатов, в которой наиболее существенную роль играет халцедон, необходимо подразделить на два существенно различных текстурных типа: 1) концентрическую или облекающую (фото 7; 19—28; 49; 50; 87—94; 96—98; 101; 102; 107; 111; 115,я; 125; 131; 134; 145,6 в; 147; 148; 157—159; 161 и др.) и 2) параллельно-слоистую — ленточную или ониксовую
(фото 3; 14; 74; 78; 105; 108,6; 110,а,6; 113; 117; 119 — 121; 123—125; 127—130 и др.), причем если известны агаты только с концентрически облекающей зональностью, то агатов с одной параллельнослоистой зональностью практически нет и в них обычно присутствуют слои с обоими типами зональности (фото 4; 5; 6; 31; 32; 39; 76; 107; 108,6; 110,6; 119; 120; 125; 134; 135), хотя иногда параллельно-слоистая зональность резко преобладает.
В строении концентрически-зональных агатов основную роль играют зональные и ритмично-зональные халцедоновые корки, причины зонального строения которых могут быть различными (табл. 5). Так, среди текстурных причин, вызывающих появление облекающей зональности, основными являются различия между отдельными зонами, связанные с: 1) природой и концентрацией пигмента; 2) концентрацией, формой и ориентировкой пор; 3) различиями в показателях преломления.
Первая из указанных причин легко обнаруживается и связана с тем, что в то время как чистый халцедон является бесцветным и прозрачным, примеси в нем различных минералов и веществ вызывают появление темно-желтой, красновато-коричневой, красной, голубовато-черной, черной и др. окрасок, в зависимости от окраски примесей в отдельных зонах. Подробнее на этом вопросе здесь останавливаться нецелесообразно из-за его очевидности (см. многочисленные фото агатов с облекающей зональностью, различающейся цветом отдельных зон).
ТАБЛИЦА 5.
Текстурные и структурные особенности концентрической (облекающей) зональности халцедоновых корок
Зональность
текстурная
структурная
1. Чередование зон, различающихся пигментом или его концентрацией
1. Ритмичные зоны с повторяющимися циклами — зарождение --> геометричесский отбор --> тонкоигольчатый (или тонкопластинчатый) халцедон — или отдельными их частями
2. Чередование зон, различающихся концентрацией пор:
а) замкнутых
б) открытых (канальных)
2. Чередование зон халцедона одинакового или близкого строения, но разной толщины
3. Чередование зон, различающихся показателями преломления. Все эти текс-
туры могут проявляться в халцедоне:
3. Чередование зон халцедона разной структуры, например, тонковолокнистых с грубошестоватыми
а) сферолитовом
б) мелкочешуйчатом
В результате исследования халцедона (особенно при больших увеличениях) в нем обнаруживается то или иное количество пор, чаще всего сферических, закрытых. Такие поры иногда приурочены к границе слоев халцедона с разной структурой (рис. 28), а в других случаях образуют ритмично-чередующиеся зоны (рис. 29), за счет которых создается зонально-ритмичное строение даже мелкочешуйчатого халцедона (рис. 30)
. Причем, такая зональность может наблюдаться и макроскопически, поскольку отдельные зоны, обогащенные порами, приобретают матово-белый до белого цвет из-за внутреннего отражения и рассеивания света поверхностью пор.
Кроме закрытых сферических пор в халцедонах иногда наблюдаются тончайшие открытые канальные поры, от которых также зависит белый цвет подобных зон (рис. 31). Интересно отметить, что на приводимом рисунке тончайшие канальные поры близкой длины почти параллельны друг другу и резко оканчиваются на границе «молочной полосы» (средняя часть рис. 31,а), хотя при скрещенных николях (рис. 31,6) эта граница не фиксируется границами зерен халцедона, и пористая зона в этом образце проходит независимо от структуры халцедона, т. е. так же, как это было показано для зон закрытых сферических пор на предыдущем рисунке (см. рис. 30).
Наконец, следует отметить, что во многих сферолитовых корках можно обнаружить ритмично-зональное строение, связанное с чередованием полос, различающихся показателем преломления (рис. 32).
При более высокой разрешающей способности микроскопа такие зоны оказываются построенными кулисно из примерно равных по длине
Рис. 30. Зональность, связанная с характером распределения мелких (около 50 мкм) закрытых пор в агате. Чаицын Нос, Сев. Тиман. У в. 40 ( + ). Я.
Рис. 31. «Молочная полоса» в халцедоне, обладающая повышенной пористостью за счет обилия грубопараллельных трубчатых пор. Ув. 40: а — (||), б— ( + ). Я.
участков, располагающихся вдоль сферолитовой корки и ритмично сменяющих друг друга в перпендикулярном направлении.
Таким образом, ритмично-зональные текстуры зонально-концентрических (облекающих) выделений халцедона, выявляемые под микроскопом без анализатора и наблюдаемые в агатах во многих случаях визуально, связаны с тремя важнейшими причинами: а) чередованием зон разного по составу пигмента, его концентрации; б) чередованием зон, различающихся концентрацией пор — замкнутых или открытых канальных; в) чередованием зон, имеющих различный показатель преломления.
В отдельных образцах возможны текстурные зоны разного типа, иногда накладывающиеся друг на друга,— например, зоны различной окраски могут в то же время соответствовать зонам разной пористости. Говоря о подобных зонах, отметим, что, наряду с микроциклами такого типа, которые показаны на рис. 32,6, зоны могут объединяться в более крупные «макроритмы», когда происходит повторное закономерное изменение расстояния между «микрозонами» (хорошо видно на рис. 32).
Исследование зонально-концентрических (облекающих) халцедонов в скрещенных николях выявляет особенности их ритмично-зональной структуры, которые могут быть связаны также с различными причинами (см. табл. 5).
Так, ритмично-зональное строение сферолитовых корок халцедона можно объяснить чередованием отдельных зон с повторяющейся в каждой из них сменой размера волокон халцедона, вызванной явлениями зарождения -- > геометрического отбора -- > роста субиндивидов шестоватой корки (рис. 33). В других случаях зональность сферолитовых корок может быть связана с чередованием зон близкого строения, но разной толщины (рис. 34) или зоны различного строения (рис. 35).
Во всех рассмотренных случаях и для большинства сферолитовых корок халцедона из облекающей зональности границы между отдельными зонами достаточно резкие и четкие. Наряду с этим известны более редкие случаи с расплывчатыми неясными границами между зонами [11].
Таким образом, структурные различия отдельных зон зонально-концентрического (облекающего) халцедона связаны с: а) ритмичным повторением зон, в пределах каждой из которых происходит смена субиндивидов в соответствии с переходом от стадии зарождения через стадию геометрического отбора к стадии параллельно-шестоватого роста; б) чередованием зон близкого или одинакового строения, но разной толщины; в) чередованием зон халцедона с разной структурой.
Следует иметь в виду, что приведенные случаи являются крайними и в отдельных образцах может наблюдаться как их совокупность, так и постепенные переходы между перечисленными типами структур сферолитовых корок халцедона. Кроме того, реальные особенности зональноконцентрического халцедона обычно к тому же определяются наложением друг на друга зон, связанных с текстурными особенностями халцедона и зон, связанных с их деталями структуры, которые иногда существенно различны (ср. рис. 30, 31 и 35).
Наконец, следует отметить, что взаимодействие отдельных сферолитов халцедона на границе их друг с другом (см. рис. 34; рис. 36) четко соответствует описанному для этого случая Д. П. Григорьевым [28].
Рис. 32. Ритмично-зональное строение сферолитовых корок халцедона, связанное с различиями в показателях преломления отдельных зон; пачки зон с разными показателями преломления образуют «микроритмы» с закономерно уменьшающимися промежутками между зонами с более высоким показателем преломления, ув. 500 (||); Кафигшем, ТССР. № 5а и 12А, Я.
Рис. 33. Зона халцедона в сферолитовой халцедоновой корке, отвечающая закономерной смене размера индивидов в связи с развитием волокон халцедона в стадии: зарождение --> геометрический отбор --> образование параллельно-шестоватой корки крупных «волокон» халцедона. Чаицын Нос. Сев. Тиман. Ув. 40 ( + ). № 1280. Я.
Рис. 34. Ритмично-зональное строение сферолитовой корки халцедона, состоящей из зон близкой структуры, но разной толщины; хорошо видно, что одни и те же зоны продолжаются в обоих соседних сферолитах. Идар — Оберштейн, ФРГ. Ув. 35 ( + ). № 48280. Я.
Рис. 35. Чередование волокнистых и чешуйчатых зон халцедона в сферолитовой халцедоновой корке. Монголия. Ув. 80: а — (||), б— ( + )• № 15. Я.
ТАБЛИЦА 6
Зональность
текстурная
структурная
1. Чередование прослоев, различающихся природой пигмента или его концентрацией
1. Чередование «чешуевидного» и «глиноподобного» халцедона
2. Чередование слоев с различными количествами «микрожеод»
2. Чередование зон «чешуевидного» халцедона с разной степенью зернистости
3. Чередование прослоев с кавернозной и массивной текстурой
3. Чередование «чешуевидного» и «глиноподобного» халцедона со сферолиговыми слоями халцедона
Иными текстурными и структурными особенностями характеризуется параллельно-слоистый (ленточный) халцедон (табл. 6).
Текстурные особенности такого халцедона определяются:.
1) разным содержанием и составом пигмента отдельных зон;.
2) различной структурой отдельных зон, что вызывает различия в их физических свойствах (блеск от воскового и глиноподобного халцедона до стеклянного у слоев с более крупнозернистым строением; цвет от белого до светло-серого; иногда халцедон бесцветен);.
3) чередованием зон с различным содержанием халцедоновых «микрожеод».
Последние (фото 3, рис. 37) наблюдаются главным образом в приполировках, а в шлифах их можно видеть лишь при косом освещении. В проходящем свете они совсем невидимы; в скрещенных николях их весьма трудно обнаружить. Исследование образцов с «микрожеодами» показало, что во всех без исключения случаях они выполняют неправильной формы пространства между микросферолитами халцедона.
Исследование структуры параллельно-слоистых (ониксовых) агатов показывает, что для них менее характерны сферолитовые корки халцедона и, напротив, более обычны прослои «мелкочешуйчатого» и «глиноподобного» халцедона, определяющие основные структурные и текстурные их особенности.
При этом отдельные халцедоновые слои, слагающие параллельнослоистый (ленточный) агат, обычно имеют небольшую мощность, поэтому в данном случае трудно характеризовать каждый из них в отдельности и гораздо больший смысл имеет их совместное описание.
В качестве типичного случая можно рассмотреть строение параллельно-слоистого халцедона из Айнабулакского месторождения (рис. 38). В нем на сравнительно небольшом участке обнаруживаются зоны глиноподобного, мелкозернистого, перистого и несовершенно-сферолитового сложения. Здесь особо надо обратить внимание на чрезвычайно тонкодисперсное строение зоны глиноподобного халцедона, который имеет либо постепенные (рис. 38, а), либо четкие границы (рис. 38, б) с нижним
Текстурные и структурные особенности халцедоновых прослоек в агате с параллельно-слоистой (ленточной) зональностью
Рис. 36. Характер границ между сферолитами халцедона, росшими навстречу друг другу:.
а — между сферолитами тонковолокнистого халцедона, ув. 30 ( + ). Сев. Тиман. № 17 а. Я; 6 — между сферолитами грубошестоватого халцедона, ув. 40 ( + ). Иджеван, АрмСССР. № 34377. Я.
слоем «перистого» строения и постепенно переходит в слой «чешуйчатой» структуры.
В зоне «чешуйчатого» халцедона отдельные индивиды последнего напоминают срезы деформированных сферолитов. Однако их границы друг с другом не ровные, как это было с границами совместного роста сферолитов в корках зонально-концентрического халцедона (см. рис. 34 и 36), а взаимопроникающие пилообразные с многочисленными зазубринами и заливами, делающими ее подобной границам между зернами в роговиковых агрегатах (рис. 38, в). Кроме зон с взаимопроникающими границами отдельных мелких сферолитов для ониксовых агатов описаны [104] прослои, состоящие из одинаково развитых сферолитов, имеющих ровные границы друг с другом, что достигается изменением формы сферолитов до кубоидной.
Интересно также и то, что халцедоновая зона «чешуйчатой» структуры может переходить постепенно в зону несовершенно-сферолитового строения (зона 5 на рис. 38, а).
Особого внимания заслуживает и «перистая» зона, представленная параллельными срастаниями кварцин-халцедоновых сфероидолитов (зона 2, см. на рис. 38, а). Они могут резко отделяться друг от друга или постепенно переходить друг в друга (рис. 38, б), вызывая волнистое погасание. Эти зоны постепенно разрастаются из зон с «чешуйчатым» халцедоном, но заканчиваться они могут либо постепенно, либо резко (см. рис. 38, б), сменяясь зоной глиноподобного халцедона.
Кроме описанных, в параллельно-слоистом (ониксовом) агате встречаются зоны отчетливо сферолитового строения (рис. 39), не отличающиеся практически от зонально-концентрических (облекающих) зон, иногда непосредственно переходящих в слои, слагающие сферолитовые корки концентрически-зонального строения (рис. 39, б).
Таким образом, по текстурным, и в первую очередь по структурным признакам халцедоны концентрически-зонального и параллельно-слоистого агатов существенно различаются. Особого внимания в связи с этим заслуживают «глиноподобные», «чешуйчатые» с роговиковой структурой и сфероидолитовые кварцин-халцедоновые слои, отсутствующие в концентрически-зональных агатах и типичные для параллельно-слоистых. Напротив, для последних менее обычны параллельно-шестоватые сферолитовые халцедоновые прослои, столь характерные для концентрически-зональных агатов.
В то же время важно отметить, что практически все агаты базальтовых миндалин, а также выполняющие полости литофиз, имеют по периферии облекающую корку халцедона различной толщины, часто очень четко выделяющуюся по структуре или окраске (фото 44; 49; 50, 73; ПО а, б, д; 115, а; 119—121; 124; 125; 129—132; 135; 139).
Сказанным не ограничивается все разнообразие текстур и структур халцедоновых образований, но оно включает наиболее типичные из них. Это позволяет ограничить приведенными данными рассмотрение халцедона как такового. В дальнейшем будут излагаться другие типичные для него текстурные и структурные особенности, связанные, однако, с другими элементами строения агатов — псевдосталактитами, «питающими» каналами, псевдоморфозами по другим минералам и т. д.
Рис. 37. «Микрожеоды» халцедона в нижней части халцедонового оникса. Россыпи по р. Зея, Амурская обл. Ув. 10, косой свет.
Рис. 38. Структура халцедоновых зон в параллельно-слоистом (ленточном) агате:.
а—зона мелкозернистого халцедона (1) (внизу) сменяется зонами: перистого строения (2), глиноподобного халцедона (3), с гипидиоморфнозернистой структурой (4) несовершенносферолитового сложения (5), мелкочешуйчатого халцедона, ув. 40 ( + ); б — деталь строения зоны глиноподобного халцедона (J), имеющей резкую границу с перистой зоной и постепенно переходящей в зону мелкозернистого халцедона гипидиоморфной структуры, ув. 60 ( + ) ; в — деталь структуры и взаимоотношения индивидов халцедона из верхней части зоны (4) с гипидиоморфной структурой; ув. 16 0 ( + ); хорошо видны мелкие замкнутые поры. Айнабулак, КазССР. №№ 1278, 1179. Я.
Рис. 39. Тонкошестоватые слои в параллельно-слоистом агате, чередующиеся со слоями мелкозернистого и глиноподобного (черное) халцедона:.
а — все параллельные слои упираются в сферолитовую корку халцедона зональноконцентрического агата; б — тонкошестоватые слои параллельно-слоистого агата переходят в ленты, слагающие концентрически-зональный халцедон; этот переход подчеркивается образованием ступенчатого излома на поверхности зонально-концентрического халцедона. Мулина Гора, Читинская обл. Ув. 40( + ).
Кварц
является следующим после халцедона по значимости в строении агатов минералом семейства кремнезема. Наиболее обычно положение кварца — в виде крупнокристаллических щеток и ядер, завершающих агатовые образования в миндалинах (фото 2; 4; 6; 7; 23; 28; 36; 53; 76; 77; 88), литофизах (фото ПО, в; 119; 131; 134) или осадочных породах (фото 157, 159) в виде гнезд в окаменелых деревьях или сплошных зернистых масс в центре агатовых образований. Такое же положение занимает аметист (фото 1; 8; 41).
Наряду с этим кварц в виде отдельных зон выделяется непосредственно в концентрически-зональном (облекающем) (фото 20; 21; 22; 25; 44; 50; 76; 88; 98; 134; 147) и параллельно-слоистом (ленточном) агате (фото 31), являясь иногда существенной их составной частью, определяющей текстуру агата, некоторые важные его физические свойства. Именно на структуре зон такого кварца, взаимоотношениях его с халцедоном необходимо остановиться подробнее.
Такие зоны, состоящие из зернышек кварца, разделяющих халцедоновые зоны со структурой, вызванной стадийным развитием процессов кристаллизации халцедона по схеме: зарождение --> геометрический отбор --> тонкошестоватая корка, очень характерны для северотиманских агатов (рис. 40, а).
Исследование этих образцов при более высоком увеличении показывает, что отдельные кварцевые зоны имеют различное строение. Так, одни из них (нижняя зона на рис. 40, б) состоит из субпараллельных зерен кварца конической формы, образующих общую четкую границу раздела со следующим халцедоновым слоем. Такая коническая или «зонтичная» форма зерен кварца может быть связана с зарождением кварца на шестоватом агрегате халцедона, когда последний заканчивал, но еще не закончил свой рост, и далее некоторое время халцедон, венчающийся разрастающимися зернами кварца, рос вместе с кварцем. Следующий слой халцедона начинал расти после полного прекращения роста зерен кварца.
Другие кварцевые зоны (в верхней части рис. 40, б) состоят из разноориентированных овальных в срезе зерен кварца. Они характеризуются менее четкой границей с халцедоном как подстилающей, так и перекрывающей халцедоновых прослоек. При этом во многих случаях можно наблюдать расщепление граней отдельных кристаллов кварца и постепенный переход от них к халцедоновому слою (рис. 40, в).
Таким образом, по структуре и природе зоны кварца различны. Одни из них зарождаются в конце формирования соответствующей халцедоновой зоны, и новая зона начинается резко, после окончания роста кварца, другие — имеют границы постепенного перехода кварц — халцедон, свидетельствующие о постепенности изменения условий, приводящих к кристаллизации кварца или халцедона.
В некоторых образцах зоны кварца оказываются очень тонкими (рис. 41), вплоть до волосовидных, когда они обнаруживаются либо в