Минералы и структуры - геологические термометры

Примечание. В скобках – количественное соотношение минералов в твердом растворе.

Большое значение для определения термодинамических условий рудообразования имеют кристаллобластические структуры, формирующиеся при распаде твердых растворов, при параморфном превращении минералов одной кристаллографической модификации в другую, при явлениях перекристаллизации, вызванных нагреванием или другими процессами. В этой группе наиболее детально изучены структуры распада твердого раствора, которые могут быть надежно использованы для определения температуры рудообразования.

Температура, при которой достигается гомогенное твердое равновесие пары минералов, устанавливает нижний предел отложения этих минералов.

Экспериментально доказано, что параморфный переход минералов, из одной кристаллографической модификации в другую происходит при вполне определенных температурах: 103–570^o. При этом изменяются форма, размер и внутреннее строение минеральных зерен. Последние несут следы двойникования и заметного раздробления, у них изменяются оптические свойства (явления поляризации и др.). В зернах высокотемпературных модификаций минералов развиты двойники превращения пластинчатой и веретенообразной формы. Зерна низкотемпературных модификаций характеризуются однородным строением. При параморфном превращении образуются кристаллобластические структуры. Эта группа кристаллобластических структур слабо изучена экспериментально и недостаточно описана в рудах, поэтому еще не выработаны надежные критерии для их распознавания.

Структурные и минералогические признаки параморфного превращения могут быть использованы для определения температуры отложения руды. Как известно, халькозин имеет две модификации: низкотемпературный ромбический, устойчивый при температуре меньше 103°, и высокотемпературный гексагональный, устойчивый при температуре больше 103°. Крупнозернистые агрегаты высокотемпературного гексагонального халькозина при охлаждении ниже точки инверсии (103°) превращаются в пластинчатые агрегаты низкотемпературного ромбического халькозина, а ромбический халькозин при нагревании переходит в гексагональный. Кроме термодинамических условий, на пара-морфные превращения влияет химический состав среды. Так, высокотемпературный гексагональный халькозин, содержащий в твердом растворе более 8 % ковеллина, становится устойчивым при нормальных температурах.

Наличие в руде агрегатов ромбического халькозина с реликтами гексагонального означает, что температура образования руды была выше 103°. Аргентит кубический и моноклинный представляют собой высоко- и низкотемпературные формы сульфида серебра с точкой инверсии 179°. Они отличаются друг от друга внутренним строением зерен. Высокотемпературный крупнозернистый кубический аргентит характеризуется наличием крупнопластинчатых двойников превращения. Зерна низкотемпературного ромбического аргентита не сдвойни-кованы. В рудах более широко распространен низкотемпературный аргентит.

Кубический сфалерит переходит в гексагональный вюртцит при 1020°, но присутствие в сфалерите железа в количестве ≈ 17 % снижает эту температуру до 880°. В природе в определенных условиях (в кислой среде, в зоне окисления или в осадочных месторождениях) вюртцит образуется при низких температурах.

Точно так же гессит, образующийся при температуре ниже 150°, приобретает аномальную анизотропию, проявляющуюся в форме неправильных пятен. Внутреннее строение зерен характеризуется пластинчатыми двойниками превращения.

Для определения температуры минералообразования важными являются точки инверсии кварца и особенно переход низкотемпературного а-кварца в более высокотемпературную модификацию р-кварца. Как теперь установлено, жильный кварц не весь представлен низкотемпературной формой, в некоторых жилах развит р-кварц.

В природе известны минералы, которые при нагревании имеют тенденцию превращения в устойчивую форму с образованием кристаллобластических структур. Такие превращения происходят при вполне определенной температуре. Так, например, марказит переходит в пирит при 450°, пирит в пирротин – при 615°, арагонит в кальцит – при 410°, кубанит в агрегат халькопирита и халькопирротина – при 235°, маггемит перекристаллизовывается в гематит при 210 – 500°, метациннабарит переходит в киноварь при 400°, сидерит в гематит – при 350–400°.

Известна способность самородных металлов и некоторых зональных сульфидов перекристаллизовываться при нагревании в процессе отложения или пострудного изменения при определенных температурах. Так, например, зональное самородное серебро перекристаллизовывается при 200°, зональная самородная медь – при 400–450°, а зональное самородное золото – при 360°. При перекристаллизации самородных металлов первичное зональное строение превращается в гранобластовое. Новообразующиеся зерна характеризуются однородным строением.