Вторичные структуры агрегатов рудных минералов, возникающие при замещении (включая выветривание)
Замещение одного минерала другим или минералом, образующимся в процессе выветривания, характерно для многих типов руд. Однако главная проблема структурной интерпретации заключается в выявлении замещения в тех случаях, когда не сохраняется следов замещаемого минерала. Очевидно, наиболее легко распознаваемыми структурами замещения являются те из них, в которых органические вещества, такие, как фрагменты дерева (рис. 7.9,а) или ископаемые раковины, псевдоморфно замещаются сульфидами металлов (обычно пиритом, марказитом, халькозином) или окислами (обычно гематитом, гётитом, «лимонитом», урановыми минералами). Реликтовые формы кубических кристаллов пирита и пластинки марказита, замещенные окислами железа в процессе выветривания (рис. 7.9, б), также легко определяются.
Замещение может осуществляться в результате одного или нескольких следующих процессов: 1) растворения и последующего повторного отложения; 2) окисления; 3) диффузии в твердом состоянии. Граница, возникающая между замещаемым и замещающим минералом, обычно или резкая и неправильная (кариозная = структура коррозии), или диффузная.
Эдвардс, Бастин и Рамдор описали большое разнообразие типов замещения: каемочное, зональное, фронтальное и др., но все они, по-видимому, представляют собой вариации одного и того же процесса. Развитие структур замещения зависит главным образом от трех следующих свойств замещаемого минерала.
Трещины спайности и границы зерен. Замещение происходит в результате осуществляемой на поверхности химической реакции, поэтому любые каналы между зернами и внутри их являются главными путями для начала процесса замещения. Замещение вдоль границ зерен или внутренних каналов часто проявляется в образовании тонких пластинок или изометричных кристаллических форм замещающего минерала в минерале-хозяине. Оно может также развиваться в виде тонких концентрических оболочек, грубо параллельных выдвинутому вперед фронту замещения. На ранних стадиях процесс замещения легко определяется, так как сохраняется значительная часть первичного минерала и все еще наблюдаются первоначальные границы зерен, трещины или спайность (рис. 7.10, а, б). На стадии более развитого замещения первичный минерал может сохраняться в виде «островков», расположенных в основной массе вторичных минералов (рис. 7.10, в). Если первоначальный материал был крупнокристаллическим и оптически анизотропным, то реликтовые зерна островков могут быть оптически одинаково ориентированными (т. е. одновременно погасать при наблюдении в скрещенных николях). Полное замещение одного минерала другим часто установить трудно, если не сохраняются реликтовые признаки (рис. 7.10, г), такие, например, как типичная морфология замещаемого минерала (кубические кристаллы пирита, сложенные в настоящее время гётитом, пластинчатые кристаллы пирротина, сложенные пиритом и марказитом, рис. 7.9, б).
При тщательном наблюдении можно найти различие между замещением вдоль трещин и простым их выполнением при отложении более позднего минерала или его проникновении в процессе метаморфизма. Замещение приводит к частичному исчезновению первичного минерала и округлению поверхностей неправильной формы, выполнение же не затрагивает первоначальных поверхностей. После замещения формы границ жилы по обеим сторонам трещины различны (рис. 7.11, а), тогда как после выполнения они совпадают (рис. 7.11,6). Важно отметить, что структуры, подобные показанной на рис. 7.11,б, ошибочно трактовались как свидетельство разложения пирита с образованием пирротина в этих рудах.
Замещение вдоль трещин может быть также похоже на некоторые структуры распада твердых растворов, рассматриваемые ниже. Однако замещение сопровождается, как правило, увеличением объема вторичного, замещающего минерала на пересечении трещин, что обычно не наблюдается при распаде. Распад приводит часто к противоположному эффекту — уменьшению размера пластинок распада твердого раствора в месте их пересечения. По тем же причинам при распаде около участков наибольшей концентрации его продуктов в минерале-хозяине наблюдаются зоны, лишенные продуктов распада (рис. 7.14, г). Замещение, напротив, может приводить к наибольшей концентрации вторичного минерала около главных участков его развития и убыванию его с удалением от этих участков.
Кристаллические структуры. Кристаллическая структура замещаемого минерала может контролировать замещение либо потому, что она определяет направление спайности, либо потому, что диффузия может более легко осуществляться по некоторым кристаллографическим направлениям. Например, окисление магнетита обычно приводит к замещению его гематитом вдоль плоскостей (111).
Химический состав. Химический состав первичного минерала может контролировать состав замещающего минерала. В процессе выветривания и нередко гидротермального замещения вторичный минерал сохраняет тот же состав катиоиов, что и первичный минерал, с разницей лишь в состоянии окисления (например, образование гематита при окислении магнетита или виоларита но пентландиту) или с изменением в составе анионов (например, гематит, замещающий пирит, или англезит, замещающий галенит). При замещении может также селективно удаляться один катион и оставаться другой, что часто наблюдается в процессе замещения халькопирита или борнита ковеллином (рис, 7.10, а). Химический контроль замещения показан также на рис. 7.11, а, где борнит отложился из богатого медью флюида вокруг раннего пирита. Там, где на пути медьсодержащего флюида встречается пирит и где химический потенциал FeS2 был наиболее высоким, реакция замещения приводила к образованию халькопирита. Замещение может происходить селективно, затрагивая лишь один минерал срастания или определенные зоны различного состава в зональном кристалле (при этом возникает атолловая структура, см. рис. 7.12). Причины такого селективного замещения в большинстве случаев еще не ясны.
Примером конечного замещения может служить обнаруживаемая в железных шляпах «ячеистая» структура (рис. 7.13) открытых пустот, сложенная перекрестными пластинками гётита, гематита и иногда пирита.
