Сайт Проекта

"Рисуя Минералы"

 

В. Т. Фролов

О генезисе силицитов и путях образования кремнёвых конкреций

Избранные выдержки из кн.: Фролов В.Т. "Литология", 1992
 

     Силицитами (син. "кремнистые породы", "кремнёвые породы") называют осадочные образования, более чем наполовину состоящие из минералов группы кремнезема - опала, кристобалита, тридимита, халцедона и развивающегося по ним кварца. В эту группу не включают кварцевые пески, являющиеся обломочными, т.е. реликтовыми, вторичными по компонентному составу породами, возникшими за счет механического и реже химического выветривания всех других кварцсодержащих пород в зоне осадкообразования.
     По внешнему виду все силициты делятся на две группы. Породы одной из них имеют землистый, т.е. матовый, порошковатый, не кристаллический вид, из-за чего их часто называют "землями", например диатомовыми или радиоляриевыми. Эта группа объединяет опаловые и опал-кристобалитовые породы; в нее входят породы как биоморфные (диатомиты, радиоляриты и некоторые спонголиты), так и абиоморфные (трепела, опоки и другие опалиты - кремневые туфы и гейзериты). В образце их структура пелитоморфная, т.е. визуально они незернисты, глиноподобны. Породы второй группы имеют стекловатый, сливной вид, афанитовую структуру; это кремни в собственном смысле слова, в основном халцедоновые, часто кварц-халцедоновые и кварцевые. Последние, строго говоря, уже кварциты, но по внешнему виду, микрозернистой структуре и другим признакам еще близкие к халцедонолитам, из которых они образовались путем перекристаллизации. Поэтому их часто называют терминами кремневой группы - кремнями, яшмами, фтанитами или лидитами.
     Кремневые породы имеют разнообразные окраски, определяемые примесями. Чистые силициты белые и светло-серые, в шлифе - бесцветные. Часто они серые, темно-серые и черные, окрашенные тонко рассеянной примесью органического, реже окисно-марганцевого вещества. Соединениями железа и других элементов они окрашены во все оттенки красного, желтого, зеленого цвета, и это обеспечивает использование кремней в качестве декоративных и полудрагоценных камней.

     Генезис большинства силицитов остается неясным или спорным как по источнику вещества, так и по способу и условиям накопления и стадиям преобразования. Хотя среди конкурирующих генетических гипотез есть взаимоисключающие (биогенная и хемогенная, эндогенная и экзогенная и др.), опыт изучения силицитов показывает, что в известной мере справедлива почти каждая из них. Это косвенно свидетельствует о полигенетичности кремней и об определенной конвергенции признаков у разных их генетических типов. Более ясны по генезису биоморфные силициты, поскольку сохраняется их первичная структура, указывающая на способ формирования зародышевой формы породы - осадка.

     Растворимость разных форм кремнезема мала, но отличается довольно сильно, что создает возможность одновременного и в одной точке осадка растворения тех форм, по отношению к которым раствор ненасыщен (например, аморфного опала), и осаждения в другой форме, по отношению к которой раствор оказывается пересыщенным (кристобалит, тридимит, тем более халцедон или кварц). Растворимость аморфного кремнезема также неодинакова, она уменьшается с уменьшением водосодержания кремневого геля к опалу и удельной площади поверхности частиц, а для кристаллических форм - с увеличением степени совершенства структуры. Растворимость биогенного опала различна в разных группах организмов и определяется удельной площадью поверхности, защитными пленками, структурой и составом опала. Многие опалы, как биогенные, так и абиогенные, обладают определенной упорядоченностью строения и квазикристаллической структурой, и поэтому менее растворимы по сравнению с неупорядоченным опалом, который также слагает биогенные формы. Поэтому происходит избирательное и предпочтительно растворение биокомпонентов с неупорядоченным опалом и выпадение хемогенного, более упорядоченного. Растворимость минералов кремнезема (Волохин, 1985; Геохимия кремнезема, 1966; Казанский и др., 1968; Мицюк, 1972), практически не меняющаяся при обычных на поверхности рН (6-7,5 или до 8), резко возрастает при повышении рН до 8,5-9,0 и выше (рис. 6.7), при повышении температуры и менее заметно - давления.

     Постседиментационные метасоматические способы образования силицитов довольно неоднородны и могут быть условно разделены на два главных - конкрециеобразовательные и собственно метасоматические. Конкреционные кремни (Бушинский, 1958; Левитан, 1979; и др.; Македонов, 1966; Русько, 1953; и др.) широко распространены в карбонатолитах, обычны в кремневых толщах, например в яшмовых, более редки во всех других. Конкреции чрезвычайно разнообразны по форме и размерам и четко отражают прежде всего текстуру вмещающих пород, они неодинаковы и по степени концентрации и стягивания кремнезема. Щелочной характер иловых вод карбонато-литов приводит к максимальной степени стягивания и концентрации кремнезема, который становится химически подвижным, скелетные остатки и даже кварцевые зерна растворяются, и вещество может диффундировать через пористый и водонасыщенный осадок к центрам стягивания, где оно снова выпадает в твердую фазу, наращивая массу и объем первоначального зародышевого зерна. Такими центрами чаще всего становятся микроучастки осадка с низкими рН, например у трупов организмов и других скоплений органического вещества, разложение которого генерирует органические кислоты и Н2СО3. Выпадение кремнезема в твердую фазу на конкреции снижает насыщенность окружающих ее иловых вод кремнеземом, и сюда снова подтягиваются ионы кремнезема. Так может продолжаться до тех пор, пока существует градиент концентраций между приконкреционными водами и далеким окружением и пока осадок проницаем для диффузного перемещения вещества.

     Процесс стягивания кремнезема, вероятно, начинается еще в стадию сингенеза, или гальмиролиза, продолжается в диагенезе и катагенезе. О последнем свидетельствуют вертикальные мостики между разноуровневыми горизонтами кремней и выполнения трещин скола в известняках. При этом начинают действовать не только разница концентраций, но и закон действия масс: опередившие в росте конкреции затем будут наращиваться с большей скоростью, чем мелкие, которые могут даже растворяться, чтобы надстроить своим кремнеземом более крупную конкрецию. По мере замедления роста приводятся в действие все более тонкие механизмы, например различие растворимостей разных форм кремнезема: растворяются менее упорядоченные, по отношению к которым иловый раствор недонасыщен, а выпадает кремнезем в более упорядоченной форме (халцедон, кварц), по отношению к которой он пересыщен. Объемы конкреций сопоставимы с седиментогенными силицитами на платформах.

     Изначальные процессы стягивания кремнезема и химизм конкрециеобразования сопряжены с довольно сложными минеральными изменениями. Они начинаются с растворения биогенного опала и других форм кремнезема, поскольку иловые воды, сначала не отличаясь от морских, резко ненасыщены кремнеземом относительно всех его форм. В верхнем слое осадка мощностью до нескольких десятков сантиметров создается резкий градиент концентрации кремнекислоты - от 1-5 до 50-60 мг/л. Последняя концентрация ниже растворимости биогенного опала (и он продолжает растворяться), но выше растворимости неорганических опалов и кристаллических форм, что и приводит к выпадению из раствора халцедона и кристобалита, а это в свою очередь провоцирует дальнейшее растворение и преобразование более ранних форм.

     В зависимости от динамики процессов и концентрации одновременно могут образовываться разные (аморфные и кристаллические) формы, а под влиянием состава примесей и состава вмещающего осадка и растворов преобразования идут несколько разными путями. Так, если мало чужеродных ионов, аморфный опал преобразуется в опал-кристобалит (опал-С, или опал-К), который при повышении температуры и давления переходит в кристобалит и далее в кварц. Если чужеродных ионов много - между первой стадией (аморфным опалом или опалом-А) и опалом-К образуется промежуточная фаза - опал-СТ, или опал-КТ, т.е. опал-кристобалит-тридимит (Laurent, Scheere, 1971). Чужеродные ионы - катионы щелочных металлов и другие - могут входить в структуру кристобалита и тридимита и препятствовать образованию кварца, т.е. задерживать преобразование метастабильных форм.

     Второй путь - непосредственно осаждение из иловых вод халцедона или кварца- идет при низких концентрациях SiO2 в растворе (вероятно, ниже растворимости опала-КТ (Harder, 1971; Kastner, Keene, Giesks, 1977) вследствие низкой кинетики процесса. Возможно, этим следует объяснить преимущественно кварц-халцедоновый состав кремней в известняках и известковых илах, тогда как в одновозрастных или даже более древних кремневых и глинистых илах они опал-кристобалитовые (Lancelot, 1973). Однако, не отрицая прямое осаждение халцедона-кварца из раствора, некоторые минералоги (Wise, Weaver, 1974) предполагают, что и в карбонатных илах могла кратковременно существовать кристобалитовая фаза. Эта возможность частично подтверждается экспериментальными данными (Kastner, Keene, Gieskes, 1977) о возрастании скорости трансформации опала-А в опал-КТ (леписферы) в ряду осадков: глинистые - кремневые - карбонатные. Ю.Г. Волохин (1985), у которого взят приведенный детальный анализ превращений кремнезема, считает, что переход биогенного опала в названные метастабильные фазы осуществляется растворением и химическим осаждением. При этом происходит миграция кремнезема на расстояние до нескольких метров.

     Не вполне ясна роль коллоидов при сингенезе и диагенезе, и некоторыми минералогами она отрицается, так как иловые воды недонасыщены по отношению к аморфному кремнезему. Однако экспериментально (Kastner, Keene, Gieskes, 1977) глобули были получены в растворе с концентрацией ниже растворимости биогенного опала. СаСOз, повышающая щелочность, и гидроокись магния, притягивающая силанольные группы и служащая затравкой глобуль, стимулируют процесс их образования, а глинистые минералы, поглощающие из раствора магний, замедляют. О возможности выпадения коллоидных форм кремнезема в илах свидетельствует присутствие в растворе коллоидов в количестве 20-25% (Бруевич, 1953). Хотя в ненасыщенных растворах коллоидная форма имеет тенденцию к деполимеризации, при повышении концентрации в присутствии заряженных частиц гидроокиси магния и других, происходит коагуляция и возникают глобули и другие колломорфные образования с признаками конденсации и сокращения объема (трещины синерезиса, сморщивание и т.д.). Помимо извести и магния катализаторами конкрециеобразования служат органическое вещество, бактерии, в частности микроплазмоидные организмы, одновременно являющиеся ингибиторами раскристаллизации кремнезема (Сеньковский, 1977).

     Метасоматические кремни, образующиеся при замещении карбонатных и других пород кремнеземом, чаще всего халцедоном и кварцем, близки к конкрециям как по способу образования (стягивание рассеянного кремнезема или привнос его иловыми и вообще подземными водами) , так и по стадиям (диагенез и катагенез) и отношению к вмещающей породе. Несмотря на условность разграничения и постепенность перехода образований этих типов, объективные отличия имеются и их полезно разграничить. Метасоматиты обычно неправильной формы, без четких границ с вмещающей породой, нередко секут ее слоистость и никогда не огибаются ею, часто по составу кремнезема и его структуре идентичны вертикальным и другим жилам, в том числе и соединяющим разные участки окремнения. Все это указывает на образование метасоматитов преимущественно уже в твердой породе на поздних стадиях преобразования, чаще всего в катагенезе (раннем и позднем), а также, вероятно, и в метагенезе. Неокремнелые участки породы после их образования уже не уплотнялись больше, чем силициты. Размеры их варьируют от микроскопических до гигантских (метры и десятки метров). Часто окремнение начинается с развития почек халцедона или кварца в криноидеях и других биокластах, упорядоченное строение которых, видимо, более подвержено кремневому метасоматозу, чем разупорядоченный карбонатный детрит, в котором окремнению мешает и часто присутствующее глинистое вещество. Метасоматические кремни нередко несут текстуры и структуры первичных пород, но и приобретают сложные текстуры замещения с извилистыми разводами цветных зон, отличающихся также составом, т.е. разной степенью замещения кремнеземом.

---------------------------------------------------

Источник: Фролов В.Т. Литология. Кн.1: Учебное пособие. - M.: Изд-во МГУ, 1992, 336 с.

К содержанию раздела

Интернет-публикация в рамках проекта "Рисуя Минералы" предназначена только для индивидуального прочтения.
При цитировании указание автора и гиперссылка на сайт
 http://mindraw.web.ru обязательны

На Главную  Rambler's Top100

кресло качалка купить | На сайте www.tortynazakazspb.ru детские торты.