ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕКОТОРЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ
Настоящая работа заключает химические анализы (в °/о) образцов пород, собранных академиком А. Е. Ферсманом во время поездки на Изумрудные копи в 1924 г. Кроме того, здесь приводится для сравнения анализ слюдяного изумрудного сланца из Зальцбурга.
Химический состав минералов и пород Изумрудных копей до сих пор был очень мало изучен. Было известно только два анализа слюдяного сланца П. Земятченского, приводимых ниже, два анализа Маргарита (ди-фанита) и старые анализы изумруда и александрита.
Работа выполнена Н. И. Влодавцем.
Анализ I
Изумрудный слюдяной сланец. Сретенский прииск-, на глубине 10 м. Старая французская работа
Порода образована маленькими листочками слюды, расположенными более или менее параллельно плоскости спайности. Местами наблюдается плойчатое сложение. Цвет породы по плоскости спайности слюды серебристо-серый, в перпендикулярном направлении — зеленовато-серый. При смачивании водой порода становится почти черной. Местами встречаются небольшие пятнышки бурого цвета, а в направлении, перпендикулярном плоскости спайности, изредка попадаются участки, окрашенные в синевато-серый цвет. В пальцах порода легко крошится в мелкие крупинки. В агатовой ступке трудно измельчается в порошок. Цвет порошка — серый с оливковым оттенком.
По микроскопическому (исследованию Б. Куплетского порода сложена преимущественно биотитом, с включением редких зерен апатита и рутила.
а б Среднее
Si02 41,88 41,88
ТЮ2 0,32 0,39 0,36
А1203 12,62 12,65 12,64
Fe2Os 2,15 2,17 2,16
Сг203 0,30 0,30
FeO 7,24 7,24
МпО 0,30 0,30
СаО 0,08 0,12 0,10
MgO 21,42 21,64 21,57
Li20 0,20 о,20
Na20 3,30 3,24 3,27
К20 7,20 7,08 7,14
Н20 1,23 1,17 1,20
F 2,91 3,24 3,07
101,43 —О = F 1,29
100,14
Анализ II Изумрудный сланец. Крестовик
Серебристо-буровато-черная порода, сложенная главным образом мельчайшими листочками слюды, легко раскалывающаяся на крупные пластинки по плоскости спайности. В поперечном разрезе цвет черный с небольшими прослойками серого цвета. На плоскостях, параллельных спайности, довольно часто попадаются буроватые пятна окислов железа. В пальцах крошится с трудом. Легко растирается в тонкий порошок в агатовой ступке. Цвет порошка кофейно-молочный. В микроскопе, по определению Б. Куплетского, на поперечных разрезах видны небольшие линзочки и прожилки полевошпатовых включений, сложенные плагиоклазом с 30 7о анортитовой молекулы. Преобладающий минерал — слюда биотитового типа с включениями рутила. Второстепенными минералами породы являются апатиты и турмалины.
Анализ III Слюдяной сланец. Мариииский прииск, делянка Кожевникова
Серебристо-буровато-черного цвета порода, состоящая из мелких листочков слюды. При смачивании порода чернеет. Растирается довольно легко в пальцах на мелкие крупинки. Очень похожа по внешнему виду на образец из Сретенского прииска (анализ I). Цвет порошка молочно-кофейный.
Анализ IV
Слюдяно-изумрудный сланец. Хабахталь в Зальцбурге
Серебри сто-желтовато-серая с буроватым оттенком порода, более плотная, чем предыдущая, сложенная из очень мелких листочков слюды. Цвет порошка молочно-кофейный. По микроскопическому составу
(Б. Куплетский) совершенно аналогична породе Сретенского прииска (анализ I) и содержит из второстепенных минералов лишь апатит.
Анализ V
Талъково-слюдяно-актинолитовый сланец. Крестовик, рядом с изумрудным сланцем (анализ II)
Порода неоднородного сложения, зеленовато-серебристо-серого цвета,, жирная на ощупь. Невооруженным глазом заметны серебристые, буровато-черного цвета, листочки слюды, отдельные волокна талька и иголочки актинолита. Цвет порошка светло-серый с желтоватым оттенком. Б. Куплетский, исследовавший породу микроскопически, характеризует ее как породу неоднородного сложения, с преобладанием в одной части слюды и талька с некоторым количеством актинолита, в другой — игольчатой массы актинолита, в промежутках которой выделяются таблички талька, биотита и хлорита.
Анализ VI Актинолитовый сланец. Крестовик, на глубине 12 м
Зеленовато-серая неоднородная масса, жирная на ощупь, с заметными листочками слюды и талька, среди которых очень часто встречаются тонкие-зеленые иголочки актинолита длиной до 2 см. В порошке цвет зеленовато-серый. Под микроскопом, по Б. Куплетскому,— неоднородная порода, представляющая в одной части тальково-слюдянистый сланец с небольшой примесью актинолита, в другой — замечается преобладание актинолита среди остатков талька и хлорита.
Анализ VII Светлая слюда из пегматитовой жилы Старо-Мариинского прииска, добыча плавика
Белые пластинки слюды, размерами в несколько сантиметров, залегают среди кристаллов полевого шпата и флюорита. На поверхности прозрачных пластинок попадаются бурые пятна окислов железа. Цвет слюды в порошке — белый. По составу слюда соответствует мусковиту.
Некоторые выводы из анализов
Изумрудные сланцы уральские (I, II, III) и зальцбургские (IV) по составу очень близки; в них находятся слюды биотитового типа с содержанием фтора и лития. Все они по отношению суммы окислов железа и окиси магния хорошо укладываются на диаграмму Грота выражающую зависимость в биотите между окислами железа и магния. Для сравнения приводятся оба параллельных анализа П. Земятченского.
Анализ VIII
В сланце из Троицкого прииска, анализированном П. Земятченским, заметно преобладание глинозема и железа по сравнению с имевшимися в нашем распоряжении образцами и очень небольшое содержание MgO.
Очень интересно присутствие хрома в биотитовых сланцах. Содержание никеля в тальково-слюдисто-актинолитовом сланце (III) и актинолитовом сланце (IV) указывает на связь этих пород со змеевиками.
Анализ змеевика
Мы пока еще не имеем точных химических данных о чисто змеевиковых и тальковых породах района, но можно отметить лишь, что змеевики к востоку от южных Сретенских приисков (из сборов А. Е. Ферсмана) содержат: СггОз — 0,23%; NiO имеется; V2O5 не обнаружена (химическое испытание Н. Влодавца).
Приведенные выше анализы Н. Влодавец считает не совсем полными — на основании того, что все его попытки определить бериллий в сланцах не увенчались успехом.
Минералы копей
Минералы копей очень плохо изучены, и до сих пор мы в наших данных должны базироваться почти исключительно на работах первой половины XIX в.
В копях известны следующие тридцать минералов (в количествах макроскопических):
Сернистые
2) Кварц дымчатый, 3) циркон (?), 4) халцедон, 5) лимонит, 6) рутил. 1 F. Grout. Notes on biotite.— Am. Mineralogist, 1924, IX, p. 159.
1) Молибденит. Окислы
Алюминаты и ферриты
7) Хризоберилл, 8) александрит. Г а л о и д н ы е
9) Флюорит.
Фосфаты
10) Фторапатит. Силикаты
11) Берилл, изумруд, 12) калиевый полевой шпат, 13) плагиоклазы (альбит-андезин), 14) фенакит, 15) гранат красный (гессонит), 16) топаз винно-желтый, 17) турмалин черный, 18) актинолит, 19) тремолит (?), 20) эпидот, 21) асбест роговообманковый, 22) десмин, 23) тальк, 24) хлорит, 25) Маргарит (дифанит), 26) мусковит, 27) лепидолит (?), 28) черная магнезиальная слюда (биотит), 29) каолин (горный мозг). Ниоботанталаты
30) Колумбит.
Привожу краткую характеристику встречаемых минералов.
Молибденит. Изредка встречается на Троицком и Макарьев-ском приисках, по преимуществу с кварцем и полевым шпатом, и особенно в зеленом плагиоклазите Хитной ямы близ Красноболотского прииска.
Дымчатый кварц. Светлоокрашенный, с фиолетово-пепельным оттенком пегматитов Адуя, сильнотрещиноватый, без элементов ограничения, нередко в виде линз, обернутых черным сланцем.
Циркон (?). Нигде в коллекциях не известен. Отмечен только Еремеевым и то на основании чужих данных. Рабочие называют цирконом красные гранаты Красноболотского прииска.
Халцедон. Встречен мною в виде белесоватых или буроватых кремнистых прожилок в сильно разрушенных сланцах зоны диагенеза сланцев Люблинского и Сретенского приисков.
Лимонит. Бурые охры и охристые продукты окисления довольно обычны в зоне гипергенеза сланцев.
Рутил. Попадается изредка и в последних работах (1923 г.) на Мариинском прииске, располагаясь частью в изумрудном сланце, обычно же в тальково-хлоритовом, причем вытянутая длинная ось отвечает направлению сланцеватости породы.
Хризоберилл и александрит. Встречаются особенно часто в Красноболотских приисках, очень редко вместе с фенакитом. В 1923 г. в Старо-Мариинских копях были найдены великолепные штуфы светло-зеленого, не изменяющегося в цвете хризоберилла. Подробное описание см. на стр. 43.
Флюорит. Довольно обычен на некоторых приисках, всегда приурочен к скоплениям полевого шпата и мусковита, образуя изредка большие, хорошо образованные октаэдры фиолетово-розового цвета.
Фторапатит. Встречается в великолепных кристаллах, или столбчатых (в этом случае слабо-голубовато-зеленых), или более плоских таблитчатых (типа Sella) нежного розовато-фиолетового тона. По моим наблюдениям, обычно залегает в изумрудоносном слаще только по краям самих полевошпатовых жил (альбитита).
1 П. Еремеев. Зап. Мин. об-ва, 1879, ч. 12, стр. 284. 26 A. J5. Ферсман, т. VII
Берилл, изумруд. Подробно описан минералогически П. Зе-мятченским, давшим ему и химические и оптические определения. В полевых шпатах всегда светлый и мутный, темноокрашенный лишь в сланцах, с отдельными зелеными листочками. Часты включения биотита, реже —иголок турмалина. Характерны изломы, заросшие или полевым шпатом, или, что чаще, биотитом. Подробно описан на стр. 53 и 64.
В противоположность изумруду, берилл этого месторождения имеет иногда весьма блестящие грани и, насколько мне известно, никогда не носит следов той коррозии, которая столь типична для Адуя и довольно часта для Мурзинского района. Лишь очень редко на нем наблюдаются более сложные комбинации с гранями острых пирамид. Обычно берилл приурочен к пегматитовым жилам и потому часто врастает в полевой шпат, альбит или кварц. Особенно обильны были бериллы на Мариинском и Троицком приисках. В первом для них очень характерна большая величина и изредка своеобразный оливково-зеленый тон, во втором — зонарная структура, подробно описанная Земятченским. Иногда серовато-желтые кристаллы берилла здесь совершенно обрастают зонами изум-РУДа-
Практического значения бериллы этого месторождения не имеют.
Калиевый полевой шпат. Сильно каолинизирован, белого цвета, местами прорезан многочисленными листочками 'мусковита. Обычно сильно альбитизярован. Очень характерны иногда включения пачек биотита. Нередки миаролитотые пустоты с альбитом.
Плагиоклазы в подавляющем большинстве случаев заменяют калиевый полевой шпат. Преобладают кислые члены ряда, по преимуществу альбиты, часть которых иногда выкристаллизовывается в пустотах альбита в виде хороших кристаллов. Кроме альбита и аль<5ит-олигоклаза встречены олигоклазы и даже кислые андезины. Любопытно значительное преобладание более или менее чистых альбитов или олитоклаэ-андезинов около № 30.
Фенакит. Встречался обычно в северных приисках в самом изумрудном сланце. Подробное описание и литературу см. в первом томе (стр. 74). Никогда не наблюдался в кварце или с кварцем. Обычно соиро-вождался апатитом и плавиком и вообще считался «предвестником появления изумрудов».
Гранат красный (типа альмандина и гессонита). Встречается в пегматитах Троицкого прииска. Отмечался в полевом шпате и гранитных апофизах и других приисков (Красноболотский). Рабочие нередко называют цирконом.
Топа з. Встречен в виде исключительно редких винно-желтых, как бы разъеденных бесформенных кристаллов до 3 см в длину, обволокну-тых слюдяным сланцем (Люблинский прииск).
Т у р м а л и н. Нередко указывается ошибочно, ввиду того что под шерлом местные рабочие и техники разумеют актинолит. В виде черных и томно-синих иголочек известен на Люблинском прииске и в большом количестве на Троицком и Макарьевском приисках. Очень часто срастается с изумрудом, притом особенно в тех случаях, когда последний связан с нолевым шпатом.
Актинолит («зеленая ширла» местных рабочих). Образует сплошные породы и линзы, изредка в виде «валунов» — по старой терминологии, среди кристаллических сланцев, но всегда в непосредственной связи с изумрудными сланцами и полевошпатовыми пегматитами. Часто срастается с хлоритом или в него переходит. См. анализы V и VI.
Тремолит (?). Указывается в старых рукописях, но, вероятно, иод этим названием подразумевались светлые актинолиты.
0 и и д о т. В главной полосе неизвестен, зато играет большую роль в конях Кузнецова, в 10—11 км от ст. Баженовой к северо-западу, образуя энидотово-биотитовый сланец в контакте с пегматитами. Местами эшглот срастается с кварцем или сильно разрушенным полевым шпатом.
Асбест роговообманковый. Изредка встречается тонкими прожилками в хлоритовом и актинолитовом сланцах.
Д е с м и н. В главной полосе очень редок; был обнаружен в 1926 г. К. Матвеевым на Сретенском прииске. Красивые щеточки кристалликов в пустотах пегматита — как новейшее образование в миаролитовых пустотах пегматоида. Гораздо чаще наблюдается в копях Кузнецова, около ст. Баженовой, где он был встречен в больших количествах на эпи-дотово-биотитовом сланце, в самом контакте с пегматитовыми выделениями.
Таль к. Образует составную часть сплошных тальковых сланцев, отдельными листочками примешан в большем или меньшем количестве к различным сланцам, частью наблюдается в качестве минерала гипергенного изменения актинолита, биотита и змеевика. Интересны в некоторых разведочных канавах Люблинского прииска крупные листы чистого зеленоватого талька.
Хлор ит. Примешан к различным сланцам, реже образует самостоятельные скопления, перемежающиеся с биотитовым сланцем (например, в Красноболотских приисках), чаще является продуктом глубинного гипергенного изменения биотита и особенно актинолита; последний процесс мог бы носить гидротермальный характер. Описываемые в литературе хлоритовые сланцы обычно актинолитово-хлоритовые и значительно реже — типично клинохлоровые.
Во втором анализе в сумму входит еще 3,02 FeO и 1,05 МпО. Интересно, что минерал преобладает на Красноболотских копях, богатых хризобериллом (т. е. с недостатком кремнезема).
Мусковит. С некоторым содержанием лития и особенно натрия встречается вместе с полевым шпатом, сопровождая скопления флюорита на Старо-Мариинских приисках. См. анализ VII на стр. 399.
Лепидолит (?). Отмечается в старой литературе, но, по-видимому, без достаточных оснований.
Биотит изумрудного сланца. До сих нор почти не был изучен, имеются лишь краткие указания Арцруни и исследования П. Земятченского, Н. Шадлуна (в работе Юдинсона) и мои. В настоящей работе приведены первые точные определения Б. Куплетского и Н. Влодавца (анализы I, II, III).
Арцруни отметил, что биотит обладал очень слабым плеохроизмом, малым, но измеримым углом оптических осей; в некоторых листочках, цриг мешанных к нормальному биотиту, угол оптических осей равнялся 22— 25°. В противоположность биотиту египетских месторождений, в нем не наблюдалось плеохроических двориков.
П. Земятченский дал такую характеристику биотита Троицкого прииска: весьма малый угол оптических осей, черный цвет, то более густой, то более светлый (серый). (Анализ VIII, см. стр. 400).
Некоторые сведения о биотите дал и Юдинсон (1923 г.), который отметил различие свойств слюд разных месторождений:
Красноболотекий прииск — биотит с сильным плеохроизмом;
Троицкий прииск — биотит с обильным молибденовым блеском, плеохроизм средний;
Мариинский — минерал со слабым плеохроизмом (уже ближе к мусковиту, чем к биотиту).
Мои определения биотита из южных копей Кузнецова привели к сходным с Арцруни результатам, причем биотит отличался углом оптических осей 10—15°.
Необходимо, однако, отметить, что во всех случаях анализировался не чистый биотит, а вся биотитовая порода целиком. Учитывая, однако, в общем очень незначительное количество примесей, можно считать приводимые числа анализов почти точно отвечающими составу самого минерала.
Из этих литературных и экспериментальных данных видно, что биотит в изумрудном сланце разных приисков весьма различен, причем намечаются и типичные магнезиальные слюды (почти одноосные) и некоторые типично двуосные разности, но с малыми углами оптических осей.
Различие в свойствах слюд отчасти объясняется весьма сильными процессами их бауеритизации, но не исключительно этими процессами, скорее, напрашивается мысль о различии их первичного состава, на что указывают и сильные колебания в химическом составе. Отсюда вытекает важный вывод: если бы вся слюда была единого происхождения и образовалась под влиянием одного определенного мииералообразовательного процесса, то было бы больше вероятия ожидать появления совершенно однородной слюды во всех месторождениях; если бы образование ее было связано со сложными взаимодействиями двух компонентов (а именно эта идея и будет проводиться ниже), причем один из них довольно изменчивого состава, то следует ожидать появления слюд разных типов, в зависимости от хода сочетания этих процессов.
Каолин. Встречается иногда в столь чистых разностях и в таких количествах, что был предметом эксплуатации. Представляет собой продукт изменения полевошпатовых пегматитов, причем обычно очень тонкие апофизы всегда каолинизированы. С каким процессом (гинергенеза или пневматолиза) связана каолинизация, сказать трудно.
Колумбит. В кварцево-альбитовых пегматитах Троицкого прииска мною были найдены в 1913 г. крупные черные кристаллы колумбита, подробно описанные в заметке 1925 г. По-видимому, на Троицком прииске колумбит нередок, так как снова был найден мною в 1925 г. Обычно окружен ореолом бурых окислов железа.
Выводы. Если мы теперь критически просмотрим все описанные минералы, то увидим, что они могут быть легко разбиты на несколько групп.
К первой группе должны быть отнесены типичные минералы пегматитов: берилл, топаз, кварц дымчатый, полевой шпат, альбит, флюорит, фенакит, апатит, турмалин, мусковит, гранат, колумбит.
Вторую группу представляют минералы пневматолиза и гидротермальных гранитных процессов: альбит, десмин, молибденит.
К третьей группе мы относим типичные минералы метаморфических сланцев: актинолит, тальк, биотит (мусковит), хлорит, рутил, эпи-дот, Маргарит, асбест роговообманковый.
К четвертой группе относятся минералы г ип е р г ен ез а: тальк, каолин, лимонит, халцедон, окислы марганца.
Только два минерала не укладываются в эту схему: изумруд, который, с одной стороны, как разновидность берилла, мог бы быть отнесеп к пегматитам, но из-за содержания столь необычного в пегматитах хрома должен быть выделен, и александрит, по отношению к которому, как хромовой разновидности хризоберилла, следовало бы сказать то же самое.
Очевидно, что именно появление этих двух минералов требует каких-то специфических условий — сочетания пегматитово-пневматолических жил с элементами им чуждыми, очевидно, связанными с самими кристаллическими сланцами.
Последовательность выделения минералов. Определение последовательности кристаллизации минералов весьма затруднительно вследствие несомненного наложения одного на другой нескольких процессов. К тому же сложное сочетание пегматитового процесса с переработкой прорезаемых пород создает еще дальнейшее осложнение, причем, однако, в общем выдерживается основная черта как метаморфических, так и пегматитовых процессов: отсутствие резко определенных генераций и одновременность образования целого ряда минеральных тел.
Привожу несколько намечающихся схем.
I. Для копей Кузнецова около ст. Баженовой мною (1913 г.) была намечена детально проработанная схема, в общих чертах следующего характера:
Слюда (биотит)
Актинолит Берилл Слюда (биотит) Кварц Мусковит
Кварц
Ортоклаз Альбит
Эггядот Флюорит Десмин
Отдельные генерации сильно заходят одна за другую, вследствие чего теряется отчетливость и постепенность в ходе процесса.
III. Наконец, для всей полосы можно дать примерную схему, полученную путем просмотра имеющегося в Минералогическом музее Академии наук великолепного собрания образцов из Изумрудных копей, причем, сводя ее с другими наблюдениями, мы получаем довольно типическую картину.
X — этим значком отмечен момент наиболее крупных ме* ханических деформаций. Вообще приведенная схема отвечает реакционной серии Боуэна в последовательности, выдвигаемой им для гранодиоритовой магмы: биотит, ортоклаз, альбит, мусковит (флюорит, цеолиты).