Морфология и онтогения минеральных агрегатов

Конкреции. Септарии. Кремни

 

              Конкреции (стяжения) в геологии и минералогии - минеральные тела, резко отличающиеся от вмещающих пород по физическим свойствам, структуре и составу, формирующиеся за счет диффузионной концентрации рассеянных компонентов вмещающей среды, процессов метасоматоза, переотложения а также при раскристаллизации коллоидных сгустков [1], [2], [5]. Говоря о конкрециях, традиционно имеют в виду конкреции в осадочных породах или современных осадках, но поскольку морфологически идентичные образования характерны и для других видов горных пород, встречаясь также и в эффузивных и в метаморфических породах, этот термин целесообразно понимать в более широком толковании. Рост минеральных зёрен конкреции происходит во всех направлениях от (или вокруг) одного или многочисленных центров. Центрами роста часто оказываются посторонние тела, в частности органические остатки. По форме чаще округлые, но в зависимости от условий роста могут иметь и самые разнообразные очертания [16].
          В сходных значениях понятие "конкреция" используется и в других научных дисциплинах. Например, в почвоведении термин определяется как "новообразования в почве, представляющие собой плотные стяжения", в географии - "плотные стяжения в осадочной породе, образованные отложением цементирующего минерального вещества в промежутках между зёрнами осадка", а в медицине "конкремент" - "камни, образующиеся из солей кальция и др., например, в почках, а также в просвете внутреннего органа или на инородном теле".
          Несмотря на то, что понятия "конкреция" и "стяжение" (желвак) обычно используются как синонимы, их нельзя считать вполне идентичными: термин "конкреция" несет в себе бо’льшую определённость и подразумевает под собой пространственно целостный минеральный агрегат с некоторой определённой внутренней структурой и внешней поверхностью, в то время как термин "стяжение" более расплывчат и его можно применять шире, включая в него, например, и не обладающее отчетливыми внутренней структурой и внешними границами землистые скопления вивианита в торфяниках, фосфориты в морских осадках, сидериты, железоокисные стяжения в песках и песчаниках.

             По условиям образования выделяют одноактные конкреции, рост которых происходил без существенных остановок, и многоактные, когда в процессе роста образовалось первоначально некоторое ядро, вокруг которого происходила затем собирательная кристаллизация [2]. В качестве ядра могут выступать скопления минералов другого состава или органические остатки.
             Конкреции бывают также первичные и вторичные. Примером вторичных конкреций могут служить широко распространенные в осадочных породах конкреции лимонита, обычно являющиеся продуктом окисления первичных конкреций пирита и марказита либо окисления и псевдоморфного замещения ярозитовых и сидеритовых стяжений (иногда с образованием гётитовых жеод). Описаны конкреции и своеобразные "конкреции-жеоды" кварца разнообразной структуры, образовавшиеся при метасоматическом замещении более ранних конкреций кальцита [3], конкреции-псевдоморфозы кварца по ангидриту [2а], и конкреции бирюзы, выросшие внутри конкреций фосфорита [4]. При интенсивной перекристаллизаци зернистых конкреций таких минералов как кальцит, барит, целестин, в них часто образуется внутренняя полость с хорошо ограненными кристаллами ("конкреции с жеодой"). 

          По структуре конкреции бывают зернистые (кристаллические - пирит, кальцит; скрытокристаллические - кремень, бирюза, варисцит), и радиально-лучистые и сферолитовые (пирит, марказит, гипс, кальцит, целестин (см. фото.), азурит и тд. Зернистые, часто полиминеральные, конкреции называются иногда "нодулями" или "желваками" [5].
          Большинство конкреций являются вторичными образованиями по отношению к самой породе. Конкреции осадочных пород формируются в процессе седиментации или при последующем преобразовании осадков [1]. Они возникают в результате избирательного постседиментационного метасоматического замещения первичной породы [6], или в результате раскристаллизации коллоидов, часто бывают вытянуты параллельно напластованию и часто легко отделимы. Тонкозернистые или скрытокристаллические конкреции-стяжения диффузионно-метасоматического генезиса известны как в осадочных, так и в изверженных породах. Широко распространены разнообразные радиально-лучистые, сферолитовые и дендритные конкреции, различающиеся по особенностям строения образующих их кристаллических агрегатов.

          В ходе своей эволюции конкреции часто претерпевают серьезные изменения во внутренней структуре с образованием минеральных тел более сложного строения, например, "конкреций-жеод" или "литофиз" с вторичными внутренними полостями-жеодами при перекристаллизации и растворении [3],[7], или при усадке - "септарий".            

          Септариями принято называть глинисто-карбонатные конкреции в осадочных породах, содержащие внутри себя радиально ориентированные трещины, расширяющиеся к центру конкреции. Во многих септариях есть также сообщающиеся с радиальными тангенциальные трещины, все вместе они образуют единую внутреннюю полость. Трещины эти часто бывают минерализованы, что создаёт перегородчатый рисунок, по которому септарии и получили свое название (от лат. "sерtum" - перегородка). Когда полости трещин в септариях минерализованы, их стенки покрыты кристаллами, кристаллическими или сферолитовыми корками, нередко они целиком заполнены минеральным веществом. Но могут оставаться и полыми.

            Аналогичные по морфологии и генезису минеральные тела разного состава известны не только в осадочных, но и в магматических породах. Поэтому термин "септарии" можно, по нашему мнению, понимать и в более широком смысле слова, включая в него все перегородочно-полые конкреции независимо от их состава и состава пород, в которых они находятся. В этом контексте можно объединить с септариями осадочных пород схожие с ними по строению "литофизы" - септарии, характерные для риолитов и возникающие, как показано В.А.Поповым (2003), в ходе процессов растворения и усадки внутри исходных сферолитовых конкреций. Согласно другой, более популярной но менее убедительной версии, приводимой А.А Годовиковым ("Агаты",1987), трещины в литофизах могут являться результатом разрыва т.наз. "сферолоидов" под давлением находящихся в них газовых пузырей. Первое такого рода объяснение генезиса пустот в агатовых литофизах принадлежит Ф.Рихтгофену (Richt-hofen, 1860), который и ввёл термин «литофизы» в обращение (относя его, правда, только к самим полостям, а не к конкрециям в целом, как теперь принято). Он связывал их образование с расширением газа, выделявшегося при кристаллизации сфероида.

          Септарии из осадочных пород с минерализованными заросшими трещинами, выходящими на поверхность и разбивающими ее на однотипные полигональные участки, иногда с провалами между ними в местах более рыхлого "тела" самой конкреции, называются "черепашьими камнями" из-за сходства узора поверхности с панцирем черепахи. Всемирно известны огромные (до метра и более) известково-глинистые шаровидные конкреции и шаровидные конкреции-септарии с трещинами, выполненными кристаллами кальцита, вымываемые, например, из коренных пород прибоем на пляже Тихого океана в Новой Зеландии (мест. Моераки).

             О причинах образования полостей в септариях осадочных пород существуют различные точки зрения. В большинстве конкретных случаев имеется достаточно оснований считать, что полости и трещины в септариях - это результат равномерного сокращения в объёме усыхающего полужидкого сгустка(геля) исходной "протоконкреции" - карбонатно-глинистого стяжения, стяжения кремнезёма, карбонатов, сульфатов, и т.д. В этом случае их можно считать трещинами усыхания (синерезиса). Но причиной уменьшения первоначального объема могут быть также и процессы раскристаллизации, и перекристаллизации с укрупнением зёрен, и частичное растворениие, и возможность постепенного выноса части компонентов из стяжения неоднородного исходного состава, например сульфата кальция из прогипсованного мергеля (см. рис). Или совокупность разных процессов, способствующих объемной усадке в ходе последовательной эволюции конкреции.
     В 1940-1950 гг. советскими геологами разработан и практически применен конкреционный анализ как особый метод литологических исследований. В ходе выполненного конкреционного анализа оксфордских терригенных и глинистых отложений Западной Сибири установлено повсеместное наличие карбонатных септариевых конкреций, сформированных на стадии раннего диагенеза в осадках прибрежно- и мелководно-морского генезиса [12].

             Кремни - это тонкозернистые скрытокристаллические конкреции кремнезёма сложного состава, характерные для осадочных, преимущественно известковых пород и состоящие из микроскопических зерен кварца, халцедона, кристобалита и тп. Обычно содержат примеси гётита, гематита, пирита, придающие им всевозможные расцветки. Чёрные кремни обязаны своей окраской незначительным органическим примесям. Рисунок бывает обусловлен вторичными диффузионными процессами миграции и отложения тонкодисперсных минералов - примесей в неоднородно-пористой среде кремня. По форме округлые самых разных очертаний. Образование кремнистых конкреций может происходить как хемогенным путем на стадиях раннего диагенеза, так и в катагенезе, свидетельством чего является приуроченность некоторых кремней к трещинам и расположение поперек слоистости, с переходом от одного слоя в следующий [11]. Кремни карбонатных осадочных толщ по отношению к вмещающим породам чаще являются эпигенетическими телами метасоматического происхождения. Нередко конкреции кремня тяготеют к определенным литологческим горизонтам, а местами бывают столь многочисленны, что как бы сливаются в одно целое, образуя участки непрерывных кремневых пропластков протяженностью в десятки метров. Характерна избирательность замещения кремнями участков породы с определенным строением (составом, плотностью, пористостью и тд) [6], что в ряде случаев хорошо объяснимо с учётом идей Г.Л. Поспелова о роли процессов "предварительного промачивания" при явлениях метасоматоза [8], [9]. Нередко можно наблюдать избирательное замещение кремнем органических остатков. Это могут быть как отдельные раковины древних моллюсков, так и многометровые участки известняков с колониальными кораллами, мшанками, скоплениями фузулин и др. (подробнее см.: кремни Подмосковья)
---------------------

Литература
• 1. Петрографический словарь. М.: Недра, 1981.
• 2. Годовиков А.А., Степанов В.И.  Формы нахождения минералов. М.: "Экост", 2002.
• 2а. Годовиков А.А., Рипинен О.И., Моторин С.Г. Агаты. М. Недра. 1987.
• 3. Слётов В.А. К онтогении жеод кремнезёма из каменноугольных отложений Подмосковья. В сб.:"Очерки по генетической минералогии". М.,"Наука", 1976.
• 4. Слётов В.А., Макаренко В.С.  "Рисуя минералы", (Онтогения минералов в рисунках). Вьп. 2. М.: "Минерал. Альманах", 2002.,  лист 27.
• 5. Толковый словарь английских геологических терминов. М.: Мир, 1977.
• 6. Слетов В.А.  Морфология кремнистых тел в карбонатных породах Подмосковья и их генезис. В сб. "Новые данные о минералах СССР". 1977, вып.26, с.112 -119.
• 7. Попов В.А. К происхождению полостей при образовании звездчатых агатов. В сб. "Минералогия Урала-2003", т. I,- Общие вопросы минералогии и кристаллографии. Изд. Ин-та минералогии Ур.отд. РАН,  Миасс, 2003.
• 8. Поспелов Г.Л. 0 природе границ метасоматических тел и роли гидротермального промачиваиня при их образовании. В кн.: физико-химические проблемы образования горных пород и руд, изд-во АН СССР, 1963.
• 9. Поспелов Г.Л. Парадоксы, геолого-физическая сущность и механизмы метасоматоза. Новосибирск,"Наука", 1973.
• 10. Слётов В.А. К онтогении конкреций и жеод кремнезема из Подмосковья.  Интернет - публикация
• 11. Фролов В.Т. О генезисе силицитов и путях образования кремнёвых конкреций
• 12. Жуковская Е.А., Вакуленко Л.Г., Ян П.А. (2011). Септариевые конкреции в оксфордских отложениях центральных и южных районов Западной Сибири. - Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. Т.153, Кн.4. С.211-217.
• 13. Лысюк Г.Н. Минералогия океанических железомарганцевых конкреций. \ Отв. ред. Е.Ф. Шнюков; АН СССР, Коми науч. центр, Ин-т геологии. - СПб.: Наука, 1991.
• 14. Виталь Д.А. Карбонатные конкреции в мезозойских отложениях Русской платформы. «К познанию диагенеза осадков», Издат. АН СССР, М., 1959.
• 15. Скиба Н.С. Целестиновые конкреции верхнемеловых отложений Ферганы. - Зап. Киргиз. отд. ВМО, 1963, вып. 4, с. 69-94.
• 16. Атлас конкреций // Труды ВСЕГЕИ. Нов. сер. - Л.: Недра, 1988. Т. 340, 323 с.
• 16. Richthofen F., 1860.  Studien aus den ungarisch-siebenburgischen Trachitgebirgen. Jahrb. K.K. Geol.Reich - sanstalt., 11, 180-182

Карбонатно-глинистая конкреция-септария 12 см, с трещинами синерезиса, выполненными кальцитом двух генераций. Юта, США.

"Звёздчатый" агат во внутренних трещинах конкреции-литофизы из кислых эффузивов (риолитов). 10 см. Фото: © В.Слётов

Шарообразные конкреции пирита радиально-лучистого строения, 4-5 см. Ребристая поверхность образована вершинами октаэдрических кристаллов. Китай

Конкреции пирита размером 1-3 см. с поверхностью, образованной гранями куба и покрытой тонкой плёнкой лимонита. Китай

Иногда мелкие конкреции одного минерала развиваются внутри агрегата другого минерала, или того же как новообразования при частичной перекристаллизации

Малахит. В светлых слоях (тонковолокнистых и относительно более рыхлых, пористых) развиваются множественные конкреции перекристаллизации, тонкозернистой структуры. Полированный срез ~ 4 см. Катанга, ДР Конго

Конкреции бирюзы двух поколений разной структуры и расцветок, в конкреции фосфорита. Жёлто-бурые, местами с синими краями (вверху) состоят из отчасти аморфного фосфата (некоторые "недозревшие" - отчасти полые). Внутри жёлто-зелёных (по центру) - развивались перекристаллизацией множественные вторичные микроскопические конкреции (субконкреции) тёмно-зелёного цвета. Поле 6 см. Ауминза, Ср. Азия.

Сросшиеся конкреции пирита из юрских глин. Тарханы, берег Волги южнее г. Тетюши, Татария, Россия. Образец: Минер. музей РГГРУ. Фото: © А.Евсеев

Пирит, группа сросшихся шаровидных 4 см.-конкреций, и многоактная уплощённая конкреция 9 см (на шаровидной нарастали в плоскости рыхлого слоя две более поздних генерации пирита). С поверхности частично замещены лимонитом. Р. Вилюй, Якутия. Из колл. минералогического музея им.Сидорова, Иркутск

Фосфориты

Шаровидная фосфоритовая конкреция-септария, на сколе. Внутренние трещины выполнены пиритом и кальцитом.
Ульяновская обл, Поволжье, Россия. Образец: Минер. музей им. А.Е. Ферсмана РАН (№42017). Фото: © А. Евсеев.

Фосфорит. Внешний вид и скол типичных шаровых фосфоритовых конкреций радиального строения. Подолия, Украина