Отложение из коллоидных растворов

10.07.2018
Считают, что такие аморфные минералы, как опал, неотокит, деревянистое олово и гарниерит отложились из коллоидных растворов. Перенос в виде коллоидных растворов, и отложение из них с последующей раскристаллизацией часто приписываются криптокристаллическим минералам — халцедону, некоторым окислам марганца, пириту, марказиту, урановой смолке, а также продуктам окисления меди, свинца и цинка (малахит, азурит, хризоколла, англезит, церуссит, смитсонит). Некоторые геологи считают, что в коллоидном состоянии возможен перенос золота, особенно золота неглубоких бонанцевых месторождений. С ними несогласны многие геохимики, которые к гипотезе существования коллоидных растворов в гидротермальных системах относятся с большим сомнением.

Критерии отложения вещества из коллоидных растворов еще твердо не установлены; большая их часть может быть истолкована по-разному и должна рассматриваться в качестве условных критериев. Наиболее надежные критерии следующие (фиг. 4.36).


1. Колломорфные структуры. Искусственные коллоиды и природные образования, которые, как считают, имеют коллоидное происхождение, характеризуются типичными колломорфными структурами и текстурами, возникающими в открытых полостях. Следовательно, наличие подобных структур является серьезным доводом в пользу коллоидного отложения, особенно если гроздевидные скопления вещества приближаются по форме к сферолитам, что свидетельствует о проявлении сил поверхностного натяжения. Следует научиться различать истинные сферолитовые колломорфные текстуры и внешне сходные с ними образования, возникшие в процессе осаждения, вокруг угловатых обломков пород.

2. Трещины усыхания. В лабораторных условиях в гелях вследствие дегидратации возникают трещины усыхания, что позволяет надеяться обнаружить такие трещины и в природных коллоидных минеральных агрегатах. Наличие трещин усыхания служит серьезным доводом в пользу коллоидного минералообразования, но беда в том, что в большинстве случаев так называемые коллоиды никаких признаков усыхания не имеют.

3. Диффузионная полосчатость, или кольца Лизеганга. Диффузия электролита через гель может привести к образованию в нем окрашенных чередующихся полос. Кольца Лизеганга легко воспроизводятся в лабораторных условиях, а сходная полосчатость в аморфных или микрокристаллических породах, таких, например, как агаты, обычно считается признаком их коллоидного происхождения.

4. Абсорбция постороннего материала и колебание химического состава. Коллоиды вследствие своего электрического заряда, подобно губке, экстрагируют многие ионы из окружающих растворов; не будь коллоидов, эти ионы так и остались бы в растворе. Этим, например, можно объяснить присутствие редких металлов в псиломеланах или вадах.

5. Беспорядочная некристаллическая текстура. Считают, что аморфные минералы, или минералоиды, первоначально существовали как коллоиды. Однако, поскольку гели по своей природе неустойчивы, они имеют тенденцию кристаллизоваться. Поэтому аморфное состояние вещества не следует рассматривать как нечто неизменное. Иными словами, коллоидный осадок может быть, а может и не быть аморфным.

6. Столбчатые кристаллы с одной или более зонами, отличающимися по окраске или химическому составу. В коллоидных массах, имеющих характерную грушевидную форму, при раскристаллизации возникают пучки радиально-лучистых кристаллов, ориентированных нормально к поверхности этой массы. В кристаллах также могут быть проявлены различно окрашенные полосы диффузионного происхождения, образовавшиеся до начала процессов кристаллизации. Этим разрывом во времени обусловлено независимое расположение границ кристаллов относительно колец Лизеганга.

7. Сфероиды. Для некоторых кремней предположительно коллоидного происхождения характерны отчетливые сферолитовые текстуры, сходные с текстурой пизолитов. Круглая форма обособлений объясняется действием силы поверхностного натяжения, которая проявляется в любой жидкости с незначительной вязкостью. Если эти сфероиды образовались в период кристаллизации геля, как считают некоторые геологи, наличие подобных текстур должно свидетельствовать о коллоидном отложении; но дело в том, что сходные формы могут возникнуть и другими путями.

В прошлом пользовались еще одним критерием — фрамбоидальными структурами. Округлые скопления очень мелких кристаллов или зерен, образующие сферические агрегаты, получили название фрамбоидалъных сфер (от французского framboise — малина, которую они напоминают). Диаметр скоплений кристаллов, входящих в состав фрамбоидалъных сферолитов, колеблется от 4 до 50 микрон, а размер отдельных кристалликов обычно менее одной десятой диаметра всего скопления. В виде подобных агрегатов встречаются пирит и халькопирит, борнит и халькопирит, борнит и халькозин. Поскольку фрамбоидальные структуры обнаружены, в рудах предположительно коллоидного происхождения, эти структуры рассматривают как признак отложения вещества из коллоидных растворов. Прежде считали, что фрамбоидальные массы первоначально были сложными глобулями или стяжениями геля, в которых кристаллизация началась одновременно из многих центров. Однако недавно было установлено, что фрамбоидальные структуры могут проявляться в связи с деятельностью бактерий, причем кристаллы сульфидов заполняют камеры или клетки органических тканей. Эти сульфиды скорее всего осаждаются из истинных растворов, а не из коллоидных вследствие восстанавливающего действия сероводорода, образующегося в результате деятельности бактерий. Таким образом, фрамбоидальные структуры нельзя считать доказательством коллоидных процессов.

Гель кремнезема, полученный в лаборатории, сначала переходит в опал, а затем в халцедоноподобный материал, по мере того как он «стареет», дегидратируется и становится компактным. Из-за потери воды объем резко уменьшается и возникают характерные трещины усыхания. В природных гелях также должны бы образовываться сходные трещины усыхания, но, поскольку они встречаются редко, многие исследователи в существовании коллоидов вообще сомневаются. Тем не менее трещины, связанные с усыханием и увеличением плотности коллоидов, описаны в некоторых районах. Отсутствие трещин дегидратации в рудах большинства месторождений предположительно коллоидного происхождения можно объяснить постепенным накоплением коллоидного материала; отдельные скорлупоподобные слои осаждаются и затвердевают до отложения следующего слоя. Это явление известно под названием эффекта Вигнера; оно возможно при процессе коагуляции мелких коллоидных частиц вокруг более крупных и способствует осаждению из разбавленных коллоидных систем. Эффект Вигнера имеет значение при отложении или замещении в очень маленьких полостях при-открывания, поскольку он проявляется только в тонких слоях геля и в течение какого-то краткого промежутка времени. Следовательно, образование в значительных объемах уплотнённых коллоидов без трещин дегидратации возможно в тех случаях, когда одновременно существуют лишь небольшие порции геля.

Даже если мы недостаточно отчетливо представляем роль коллоидов в процессах рудоотложения, все же можно предположить, что она, по-видимому, значительна в приповерхностных условиях в водных растворах при сравнительно низких температурах. Описаны многие месторождения, для которых коллоидное происхождение вполне вероятно или в которых наличие коллоидов свидетельствует в пользу такого предположения. В качестве наиболее убедительных примеров можно назвать свинцовоцинковые месторождения Верхней Силезии и руды Куроко в Японии.

Чтобы показать методы доказательства и характер проблем, возникающих при защите гипотезы коллоидного происхождения минерального месторождения, следует сказать о рудах Куроко в Японии.

Происхождение японских руд Куроко, или Куромоно, представляющих своеобразный тонкозернистый агрегат сульфидов, многие исследователи увязывают с коллоидными процессами. К сожалению, почти все описания руд Куроко выполнены на японском языке. Месторождения этого типа особенно широко распространены на острове Хонсю, но также обнаружены и на Хоккайдо. Насколько известно, они встречены только в Японии; во всяком случае, аналогичных описаний для каких-либо других районов нет. Считают, что руды образовались на небольшой глубине, вероятно, в эпитермальной зоне, если придерживаться классификации Линдгрена. Они локализуются в измененных и брекчированных третичных осадочных и вулканогенных породах; большая часть последних представлена туфами и туфовыми брекчиями. Предполагается генетическая связь руд Куроко с риолитовыми и андезитовыми вулканогенными породами, поскольку именно к ним обычно приурочены зоны минерализации.

По составу различается три типа руд, которые образовались в результате следовавших одна за другой стадий минерализации: кремнистая руда, желтая руда и черная руда. Первая представляет собой кремнистую породу, в которой рассеяны сульфидные минералы в виде вкрапленности; вторая представлена преимущественно пиритом и в подчиненном количестве — халькопиритом и кварцем; для черной руды характерна тонкая смесь сфалерита, галенита и барита; реже встречаются пирит и халькопирит, спорадически — вюртцит, энаргит, тетраэдрит, марказит. Жилы и крупные массы гипса образуют сопряженные, но самостоятельные месторождения.

Размер рудных тел типа Куроко колеблется от небольших почек или желваков до крупных неправильных масс, достигающих длины 2400, ширины 1000 и глубины 300 футов. Для всех типов руд характерна чрезвычайно тонкозернистая структура, а для почек черной руды, кроме того, типично концентрически-полосчатое строение. Рудные тела почти повсеместно заключены в глинистую оболочку, в составе которой определены монтмориллонит, нонтронит, серицит и хлорит.

Киношита, детально изучивший руды типа Куроко, после многочисленных лабораторных экспериментов пришел к выводу, что рудоносные растворы были коллоидами гидротермального происхождения. Согласно данным изучения структур и текстур, предполагают, что коллоиды как-то замещали окружающие пирокластические породы, а не просто выполняли имеющиеся в них открытые полости. Гидротермальные растворы, вероятно, были растворами кремнезема, содержащими в большом количестве коллоидные частицы металлов, а также сульфиды натрия, калия и кальция. Из таких растворов, в том случае, если они смешивались с восходящими потоками, в которых присутствовали CO2 и SO2, должны были осаждаться кремнистые и желтые руды. Черные руды, вероятно, могли отложиться из карбонатно-сульфатных золей, имевших, по-видимому, щелочную реакцию.

Опыты Киношиты показали, что коллоидные рудные растворы устойчивы в присутствии гидрата окиси калия, если через них пропускается H2S; осаждение происходит при выносе из раствора большей части H2S. Кусочки типичных вмещающих пород, помещенные в сосуд с коллоидным раствором, влияют на него по-разному. Обломки туфа и глинистого сланца вызывают относительно быструю коагуляцию коллоида, тогда как в присутствии вулканогенных пород этот процесс идет гораздо медленнее. Результат эксперимента означает, что туфы и глинистые сланцы являются как бы наиболее сильными осадителями для восходящих или циркулирующих коллоидных растворов, и если руды Куроко действительно образовались из коллоидных растворов, их следует искать в районах развития туфов и глинистых сланцев. Именно такая четко выраженная приуроченность и установлена на рудниках, что свидетельствует в пользу теории коллоидного происхождения руд.

По некоторым структурным и текстурным особенностям руд Куроко также можно судить о том, что они образовались из коллоидных систем. Руда представляет собой равномерную смесь чрезвычайно мелких зерен различных минералов, т. е. перекристаллизация происходила уже после осаждения вещества. Некоторые руды сильно пористы, под микроскопом видна ячеистая структура, которую можно считать следствием усыхания в процессе дегидратации золя. Также обнаружены трещины усыхания (?). Колломорфные структуры обычны; они отмечены для пирита, марказита, сфалерита, вюртцита, галенита и опала. Сульфиды несколько более мягкие и менее плотные по сравнению с их явно кристаллическими аналогами, точно так же как коллоидный кремнезем (опал) не столь плотен и тверд, как кварц. В некоторых типах руд обнаружена полосчатость; несмотря на то что ее можно считать результатом ритмического отложения из растворов, некоторые геологи предполагают диффузию и образование колец Лизеганга.

Коллоидную теорию происхождения руд Куроко поддерживают далеко не все исследователи. Выдвигались почти все возможные варианты генезиса месторождений — от сингенетического до эпигенетического, от магматического до гидротермального, от горячего до холодного. Однако с позиции теории коллоидного происхождения можно удовлетворительно объяснить большую часть характерных особенностей этих руд, и поэтому остается меньше спорных проблем по сравнению с другими теориями и гипотезами, что и обеспечивает коллоидной теории поддержку со стороны большинства японских геологов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: