Состав кремней
Минеральный состав. Основными компонентами необломочных кремнистых осадков являются опал, халцедон и кварц. Остальные присутствующие здесь минералы, обычно развитые в смежных осадочных породах, следует считать примесями.
Кристаллохимия кремнистых минералов более сложная, чем принято считать. Изученные по этому вопросу материалы были обобщены в работах Крессмана, Дира, Хауи и Зуссмана. Опал SiO2*nH2O, представляет собой преимущественно аморфный кремнезем с некоторым количеством воды. Он отличается низкой плотностью около 2,1, и растворим в КОН. Он имеет низкий коэффициент преломления, изменяющийся от 1,38 до 1,46 в зависимости от содержания воды. Измерения Брамлетта дали для опала кремнистых организмов значение показателя преломления 1,440±0,002, что соответствует содержанию воды около 9%. Опал встречается во многих кремнях и в некоторых из них является основным компонентом. Однако он обнаружен только в мезозойских и кайнозойских кремнях и предполагается, что в более древних породах он превращен в халцедон и кварц. В результате превращения — химической дегидратации — возникают определенные явления усыхания, особенно сфероиды с концентрической слоистостью. Признаки усыхания у других кремней могут быть результатом превращения магадиита — предшественника кремня — в кремень.
Халцедон — доминирующая составная часть большинства кремней — является природным микроволокнистым кремнеземом с кристаллической решеткой кварца. Сосман не считал халцедон разновидностью кварца, поскольку он имеет свои отличительные свойства. Он преимущественно волокнистый, обычно проявляет отрицательное удлинение, имеет показатели преломления 1,533 и 1,540, а двупреломления от 0,009 до 0,011, плотность от 2,55 до 2,63, отсутствует инверсия при 573°С, и теплоемкость отлична от теплоемкости кварца. Хотя халцедон состоит преимущественно из микроволокнистого кремнезема, некоторые исследователи объясняют его аномальные свойства, предполагая, что в нем присутствует и различное количество субмикроскопического аморфного кремнезема или опала. Уошберн и Навэ сделали вывод, что «флинты и халцедоны состоят из коллоидного кварца. В более чистых формах халцедона коллоид имеет гелеобразный характер, и отдельные частицы его являются микроскопическими и субмикроскопическими по размеру». Однако Сосман подчеркивает форму, а не размер частиц и отмечает, что частицы являются нитевидными или волокнистыми. Если они короткие и беспорядочно ориентированы, то излом раковистый, как и у флинтов и кремней. Электронные микроснимки халцедонового или волокнистого кремнезема показывают, что материал имеет губчатую структуру, которая предположительно обусловлена наличием мелких сферических пустот, заполненных водой. Признаки волокнистой структуры и присутствия опала не обнаружены.
Как было отмечено, халцедоновые волокна имеют отрицательное удлинение, следовательно ось «с» перпендикулярна к волокнам. Однако некоторые виды халцедона имеют положительное удлинение. Недавно Фолк и Питман обратили внимание на этот факт и впоследствии отметили, что редкие типы халцедона с положительным удлинением всегда связаны с эвапоритовыми отложениями, где кремнезем замещает эвапоритовые минералы.
Tapp, исследуя шлифы, убедился, что, хотя в кремнях преобладает халцедон, в них присутствует и кварц, а в некоторых отложениях он является доминирующим. Он считал, что микроволокнистый халцедон со временем превращается в кварц. Последовательный ряд таков: первичный гидрогель (опал) — халцедон — кварц, Джеймс показал, что размер зерна кварца в некоторых докембрийских кремнях тесно связан со степенью метаморфизма: чем выше степень метаморфизма, тем кремень более грубозернистый.
Компоненты, отличающиеся от перечисленных выше форм кремнезема, встречаются в кремнях редко. Некоторые менее распространенные «нечистые» кремни содержат кальцит, доломит и сидерит. Даже некоторые распространенные кремни содержат отдельные ромбы доломита. Некоторые кремни содержат крупные зерна обломочного кварца. По высокому содержанию окиси алюминия в данных химического анализа предполагается наличие примесей глинистых минералов, хотя некоторое количество алюминия может замещать кремний.
Химический состав Как и следовало ожидать, кремни имеют высокое содержание кремнезема (табл. 11-1). В некоторых случаях содержание кремнезема превышает 99%. Изменения состава тесно связаны с различиями в литологии ассоциирующих осадков. Радиоляриевые кремни обычно встречаются вместе с глинистыми сланцами, как радиоляриевым, так и диатомовым осадкам сопутствуют пирокластические породы. Поэтому как те, так и другие содержат больше глинозема, чем спикуловые кремни, для которых более характерна ассоциация с песчаниками или карбонатными породами. В некоторых черных кремнях присутствует железо в виде пирита или магнетита; в красной яшме — в виде гематита Титан является второстепенным компонентом в большинстве кремней и только в некоторых силькретах его доля значительна. Содержание щелочных металлов незначительно, за исключением кремней, тесно связанных с вулканическими процессами.
