Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Геологическое воронежской аптеклизы ... 11
1.1. Докембрийские образования 11
1.2. Фанерозойские образования 12
Глава 2. История исследований донеогеновых отложений воронежской антеклизы 24
Глава 3. Распределение глинистых минералов в отложениях воронежской антеклизы 28
3.1. Глинистые минералы девонской системы 28
3.2. Глинистые минералы каменноугольной системы 52
3.3. Глинистые минералы юрской системы 57
3.4. Глинистые минералы меловой системы 62
3.5. Глинистые минералы палеогеновой системы 76
Глава 4. Экспериментальные исследования (в связи с проблемами аутигенного минералообразования) 92
Глава 5. Процессы аутигенного минералообразования 107
Заключение 127
Литература
- Фанерозойские образования
- Глинистые минералы каменноугольной системы
- Глинистые минералы юрской системы
- Глинистые минералы палеогеновой системы
Введение к работе
Актуальность работы. Центрально-Черноземный регион является крупным промышленным и сельскохозяйственным центром страны с развитой инфраструктурой. На его территории расположены крупнейшие в мире горнодобывающие и перерабатывающие железорудные комплексы Курской магнитной аномалии, а также ряд других предприятий общероссийского и регионального значения, добывающих нерудное сырье.
За два столетия исследований, проведенных несколькими поколениями геологов, проделана огромная работа по изучению осадочных пород, накоплен громадный материал по литологии, стратиграфии, тектонике Воронежской антеклизы. Но появление в последние два десятилетия новых фактических данных, использование в практике исследований прецезионных видов анализов и применение компьютерных методик по их обработке, вызвали необходимость осмысления имеющегося материала, пересмотра и уточнения представлений о генезисе и распределения по площади и в разрезах глинистых минералов и связанных с ними цеолитов, глауконитов, силицитов.
Целью настоящей работы является установление закономерностей формирования и эволюции во времени ассоциаций глинистых минералов в отложениях Воронежской антеклизы для выявления различных видов минерального сырья связанного с глинистыми породами.
Для достижения данной цели необходимо решение следующих задач: изучить глинистую часть различных стратиграфических подразделений фанерозоя комплексом аналитических методов;
построить схемы распределения выявленных ассоциаций глинистых минералов по площади для каждого стратиграфического подразделения;
провести сравнительный анализ зональности литолого-фациальных карт и схем распределения глинистых минералов одновозрастных стратиграфических подразделений для установления влияния палеогеографических обстановок на состав ассоциаций глинистых минералов;
- определить факторы формирования аутигенных глинистых и
связанных с ними других минеральных образований в отложениях данного
региона.
- выявить эволюцию распределения ассоциаций глинистых минералов.
Фактический материал и методика исследования. В основу работы
легли материалы, полученные автором в результате выполнения хоздоговорных и госбюджетных тем, проводимых подразделениями НИИ геологии ВГУ с 1970 по 2004 г. г. при его непосредственном участии. При проведении полевых работ было исследовано и опробовано 478 обнажений и карьеров, а так же более 10000 погонных метров керна буровых скважин различного назначения.
По отобранным образцам и пробам проведены около 20000 тысяч рентгеновских, 150 гранулометрических, 500 электронно-микроскопических, 105 минералогических (иммерсионных) и 76 микрозондовых анализов,
порядка 50 образцов подвергалось воздействию ультразвукового диспергирования.
В методическом отношении работа выполнена в рамках новой отрасли геологической науки - геоминералогии возникшей примерно 35 лет назад. «Геоминералогия - это наука о формировании, существовании и преобразовании стадиальных минеральных парагенезов и свойственных им ключевых минералов-индикаторов в важнейших геологических типах осадочных, магматических и метаморфических пород верхней оболочки литосферы при температурах и давлениях, допускающих образование и существование минеральных видов, свойственных осадочным образованиям» (А.Г. Коссовская, 1980). Из трех методических направлений геоминералогии - геологоформационного и фациального, стадиально-минералогического и прецизионно-кристаллохимического - настоящая работа выполнена в основном в рамках третьего направления.
Глинистые минералы исследовались во фракции менее 0,002 мм. Их содержания определялись методом интегральных интенсивностей по высоте первых рефлексов. На основе методики построения литолого-фациальных карт, были составлены схемы распространения глинистых минералов по большинству стратиграфических подразделений донеогеновых отложений Воронежской антеклизы (в девонское и каменноугольное время это горизонт; в юрское и меловое - ярус; в палеогеновое - надгоризонт и свита). На схемах одной полоской показаны минералы, количество которых составляет 0-25%, содержания 25-50% выражены двумя полосками, 50-75% - тремя, более 75% -четырьмя. По изменению состава или содержаний выделяются зоны распределения глинистых минералов.
Электронно-микроскопические исследования проводились как методом сканирования, так и на просвет. Изучение глауконитов, силицитов осуществлялось со свежих сколов этих образований, что позволило выяснить внутреннее строение и предложить модели их генезиса. Применение метода ИК-спектроскопии позволило уточнить минеральный состав силицитов, предварительно определенный рентгеновским анализом. Элементный состав глауконитов исследовался методами микрозондирования и индуктивно связанной плазмы. Для этого отбирались две фракции менее 0.1 мм и 0.1 -0.25 мм. Исходя из наших наблюдений одна десятая миллиметра разделяет глаукониты по внешнему облику и минеральному составу. В мелкой фракции эти минеральные образования имеют светлые тона зеленого цвета, обломочный облик зерен, в их составе больше монтмориллонитовой составляющей. Во фракции 0,1 - 0,25 мм форма зерен больше гроздевидная с трещинами синерезиса, окраска их тяготеет к темно-зеленым тонам, в минеральном составе преобладает слюдистая составляющая.
Научная новизна и практическая значимость работы. В результате выполненных исследований, впервые на территории Воронежской антеклизы, выделены ареалы распределения ассоциаций глинистых минералов по разрезам и площадям большинства стратиграфических подразделений этого региона (девон - от морсовского времени до елецкого;
карбон - от турне до алексинского; юра - для келловейского и оксфордского; мел - от валанжинского до кампанского; палеоген - от каневского до полтавского). На основании авторских материалов, предложены модели образования глинистых минералов, глауконитов, цеолитов, минералов кремнезема в силицитах.
Составленные автором схемы распределения глинистых минералов могут быть использованы: для поисков различных видов глинистого и глауконитового сырья, цеолитов, силицитов; уточнения литолого-фациальных карт, обстановок осадконакопления и характеристик областей сноса - важнейших элементов для составления палеогеографических карт.
Публикации и апробация работы. Основные положения и частные вопросы работы докладывались на ежегодных научных сессиях Воронежского университета (1975 - 1984; 1999 -2007 г. г.), на Всесоюзном семинаре «Геология, генезис и использование природных цеолитов» (Звенигород, 1978), на «Всесоюзном совещании по рентгенографии минерального сырья» (Казань, 1989), на совещании «Литология и полезные ископаемые центральной России» (Воронеж, 2000), на конференции «Геологические, геофизические и геохимические исследования юго-востока Русской плиты» (Саратов, 2001), на международном семинаре «Новые идеи и концепции в минералогии (Сыктывкар, 2002), на международной конференции «Полезные ископаемые Беларуси» (Минск, 2003), на Всероссийских совещаниях «Меловая система России» (Санкт-Петербург, 2004; Саратов, 2006), на совещании «Стратиграфия, тектоника, и полезные ископаемые осадочных бассейнов Евразии» (Москва, 2004), на международных конференциях «Глины и глинистые минералы» (Воронеж, 2004; Пущино, 2006). Основные положения диссертации изложены в 38 публикациях и одной коллективной монографии.
Объем и структура работы. Работа состоит из 5 глав, введения и заключения, содержит 145 страниц текста, 6 таблиц, 52 рисунка и 118 библиографических ссылок.
Фанерозойские образования
Содержания глинистых минералов во фракции определялись методом интегральных иптенсивностей по высоте первых рефлексов. Количественные определения, осуществляемые по площадям этих же рефлексов, не совсем корректны, так как ширина отражений зависит в большей степени не от содержаний, а от размера частиц минералов. На основе методики построения литолого-фациальных карт [8J, были составлены схемы распространения глинистых минералов по большинству стратиграфических подразделений донеогеновілх отложений Воронежской антеклизы [29; 32] (в девонское и каменноугольное время это горизонт; в юрское и меловое - ярус; в палеогеновое - надгоризонт и свита)
На схемах одной полоской показаны минералы, количество которых составляет 0-25%, содержания 25-50% выражены двумя полосками, 50-75% -тремя, более 75% - четырьмя. По изменению состава или содержаний выделяются зоны распределения глинистых минералов.
Электронно-микроскопические исследования проводились как методом сканирования, так и на просвет. Изучение глауконитов, силицитов осуществлялось со свежих сколов этих образований, что позволило выяснить их внутреннее строение и предложить модели их генезиса.
Применение метода ИК-спектроскопии позволило уточнить минеральный состав силицитов, предварительно определешіьій рентгеновским анализом.
Элементный состав глауконитов исследовался методами микрозондирования и индуктивно связанной плазмы. Для этого отбирались две фракции менее 0.1 мм и 0.1 - 0.25 мм. Исходя из данных С.А. Коваля [50; 51] и наших наблюдений [34] одна десятая миллиметра разделяет глаукониты по внешнему облику и минеральному составу. В мелкой фракции эти минеральные образования имеют светлые тона зеленого цвета, обломочный облик зерен, в их составе бопыж монтмориллонитовой составляющей. Во фракции 0,1 - 0.25 мм форма зерен больше іроздевидная с трещинами синерезиса, окраска их тяготеет к темно-зеленым тонам, в минеральном составе преобладает слюдистая составляющая.
Научная новизна. В результате выполненных исследований, впервые на территории Воронежской антеклизы, выделены ареалы распределения ассоциаций глинистых минералов по разрезам и площадям большинства стратиграфических подразделений этого региона (девон - от морсовского времени до елецкого; карбон - от турне до алексинского; юра - для келловейского и оксфордского; мел - от валанжинского до кампанского; палеоген - от каневского до полтавского). Предложены основанные на авторских материалах, модели образования глинистых минералов, глауконитов, цеолитов, минералов кремнезема в силицитах.
Практическая реализация работы. Составленные автором схемы распределеїшя глшшстых минералов могут быть использованы: для поисков различных видов глинистого и глауконитового сырья, цеолитов, силицитов; уточнения литолого-фациальиых карт, обстановок осадконакошіеиия и характеристики областей сноса - важнейших элементов для составления палеогеографических карт.
Апробация работы. Основные положения и частные вопросы работы докладывались на ежегодных научных сессиях Воронежского университета (1975 -1984; 1999 -2006 г. г.), на Всесоюзном семинаре «Геология, генезис и использование природных цеолитов» (Звенигород, 1978), на «Всесоюзном совещании по рентгенографии минерального сырья» (Казань, 1989), па совещании «Литология и полезные ископаемые центральной России» (Воронеж, 2000), на конференции «Геологические, геофизические и геохимические исследования юго-востока Русской плиты» (Саратов, 2001), на международном семинаре «Новые идеи и концепции в минералогии (Сыктывкар, 2002), на международной конференции «Полезные ископаемые Беларуси» (Минск, 2003), на Всероссийских совещаниях «Меловая система России» (Санкт-Петербург, 2004; Саратов, 2006), на совещании «Стратиграфия, теїстоиика, и полезные ископаемые осадочных бассейнов Евразии» (Москва, 2004), на международных конференциях «Глины и глинистые минералы» (Воронеж, 2004; Пущино, 2006). Материалы исследований голожепы в 39 публикациях и одной коллеісгивпой монографии.
Объем и структура работы. Работа состоит из 5 глав, введения и заключения, содержит 145 страниц текста, б таблиц, 52 рисунка и 120 библиографических ссылок.
Автором защищаются три положения. Первое и второе изложено в третьей главе. Третье в четвертой и пятой.
При исследованиях по теме и написании работы диссертант неоднократно пользовался советами, консультациями и помощью А.Ю.
Альбекова, В.К. Бартенева, [В.Н. Бурыкина;, И.Н. Быкова, Д.А. Дмитриева, А.Е. Звонарева, В.В. Ильяша, В.В. Лоскутова, СВ. Мануковского, Г.В. Холмового, В.А. Шатрова, Л.Т. Шевырева. Всем перечисленным коллегам автор очень признателен.
Отдельную благодарность диссертант приносит своему первому учителю, при поддержке и участии которого он делал первые шаги в науке, доктору геолого-минералогических наук, профессору А.Д. Савко.
Особую признательность и глубокое уважение автор выражаег своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору В.И. Сиротину.
Глинистые минералы каменноугольной системы
С начала 50-х годов работами Горно-геологической станции АН СССР под руководством В.Н. Преображенской началось систематическое изучение юрских отложений [76], среди которых были детально расчленены и фаунистически охарактеризованы все выделяемые в настоящий момент сіратиірафические подразделения средней и верхней юры, составлена серия литолого-фациальных карт масштаба 1:500 000.
Расчленение существенно песчаной толщи нижнего и низов верхнего мела всегда представляло немалые трудности. Наиболее детально исследованы отложения апта, включающие в себя огнеупорные глины, и сеиомана, содержащие в своем составе фосфориты. В изучение терригенных толщ вообще и аптекой в частности, существенный вклад внес Н.П. Хожаинов [110]. Им построен комплекс литолого-фациальных карт различного масштаба и детальности, выделены этапы в формировании отложений. Следует отметить работы В.И. Беляева [12], посвященные альб-сеноманским отложениям, С.А. Коваля [51] - изучавшего пижпемеловые и верхнеюрские образования, А.И. Мизииа [64] и Ю.Г. Стоянова [98], исследовавших антские и нижиемеловые песчаные толщи.
Крупной сводной работой по стратиграфии, литологии и распространению верхнемеловых формирований региона явилась тематическая работа Г. И. Бушинского [15] «Литология меловых отложений Днепровско-Донецкой впадины». Несомненной заатугой данного автора является его классификация мел-мергельных пород и детальная литологическая характеристика верхнемеловых отложений впадины и ее обрамления, куда входит и юго-западиный склон Воронежской аигеклизы. Существенное значение в деле изучения карбонатных пород верхнего мела юго-восточной части данного региона, имели исследования В. Н. Бурыкшга [13].
На основе обобщения материалов геолого-съемочных работ и сопоставления разрезов Воронежской антеклизы, Поволжья и Украины, В.П. Семеновым [89] было проведено детальное расчленеіше палеогеновых отложений региона, им же впервые для исследуемой территории составлены структурные и литолого-палеографические карты в масштабе 1:500 000 и обозначены цели и задачи дальнейших исследований в монографии «Палеоген Воронежской антеклизы».
В конце 70-х годов С.А. Калуцкой [47] составлена литолого-фациальная карта киевских отложений, которая послужила основой при поисках бентонитовых глин.
В последнюю четверть двадцатого века акцент в изучение осадочных пород смещается в сторону литолого-минералогических особенностей их состава. Исследования Н.П. Хожаипова, обобщенные в докторской диссертации [ПО], посвящены особенностям распределения в терригенньгх толщах акцессорных минералов, реконструкции палеогеографических обстановок и эпохам рудообразования.
Кроме нормально осадочных отложений, в низах верхнего девона встречаются и вулканогенно-осадочные, которые на рубеже 50-х - 60-х годов были выявлены геологами Мосгеолнеруда. Затем литолого-фациальные особенности вулканомиктовых пород были детально изучены В.А. Канцеровым иИ.И. Быковым [16; 17].
Составу пелитовой составляющей отложений, эволюции глинистых минералов, начиная от зон гипергенеза и кончая их катагенетическими преобразованиями, посвящены многочисленные работы А.Д. Савко. Им лично и в соавторстве с В.В. Андреенковым [4], В.К. Бартеневым [11], В.Н. Бурыкиным [14], Д.А. Дмитриевым [88J, А.В. Жабиным [40], А.Е. Звонаревым [45], СВ. Мануковским [60], А.И. Мининым [60] и др. проводились исследования всего комплекса пород Воронежской антеклизы на основе фациально-палеогеоірафичеекого анализа. В этих трудах также рассматриваются некоторые вопросы генезиса минеральных образований.
Исследованиям широко развитых на данной территории силицитовых формирований посвящены работы В.П. Семенова, П.В. Семенова, Б.В. Аскоченского, ДА. Дмитриева, А.В. Жабина, А.Д. Савко [23; 61; 88;]. Изучением глауконита в породах и его генезисом в разные годы занимались К.Д. Глинка, С.А. Коваль и А.В. Жабин _33; 50J.
На широкое развитие цеолитов группы гейландита в мезо-кайнозойских образованиях данной территории, первыми обратили внимание А.В. Жабин и А.Д. Савко [43; 84]. Затем последовали работы В.К. Бартенева [11] и В.Н. Бурыкина [13], в которых авторы уточняли распределение этих минералов в отложениях палеогена и верхнего мела, пытаясь дать объяснение их генезису.
В кровле верхнемеловых пород отмечается маломощный (от 0.2 до 1.5 м) «хоперский горизонт», представляющий кору выветривания по ним. Большой вклад в изучение этого образовашм внесли В.П. Семенов и Б.А. Аскочеиский [6]. В последнее время, практически соответствующее последним годам XX и началу XXI веков, в осадочных породах мезо-кайнозоя антеклизы выявлены проявления ультратонкого золота и некоторых других металлов, связываемых А.Д. Савко и Л.Т. Шевыревым [87] с активизацией магматических очагов, находящихся в мантии. Несмотря на громадное количество работ но различным геологическим направлениям, проблемы аутогенного преобразования глинистого вещества, его масштабы в различных обстановках во многом остались неюучешшми. Имеющийся фактический материал позволяет исследовать количественные параметры ассоциаций глинистых минералов, их распределение в разрезе осадочных образований и по площади их распространения для различных временных интервалов. Недостаточное внимание обращалось на эволюцию и цикличность формирования ассоциаций глинистых минералов.
Глинистые минералы юрской системы
На схеме распределения глинистых минералов (рис. 3.11.Б) ясно выделяется, по сравнению с петинскими отложениями, резкое уменьшение площади зоны с существенно каолинитовьм (более 75%) составом при резко подчиненном здесь количестве гидрослюды и отсутствием хлорита. Несколько расширена зона с преимущественно гидрослюдистым составом.
Отложения евлановского и ливенского горизонтов очень сходны, часто не различаются и поэтому рассматриваются вместе [60]. Лито логический состав характеризуется в основном известняками в различной степени глинистыми, иногда доломитизированными. Участками, особенно в северозападной части встречаются доломиты, а на крайнем юго-востоке и севернее Курска - иеечано-глиииетые породы (рис. 3.12.А). Смена фациальных обстановок происходила от лагунных до мелководно-морских, в общем направлении с юга на север.
Распределение глинистых минералов на схеме (рис. 3.12.Б) в целом отражает ту же тенденцию: уменьшение количества каолинита и увеличение содержаний гидрослюды с юга на север. Вместе с этими минералами присутствуют хлорит и монтмориллонит в количестве около 20%.
Мамонская толща. Развитые в юго-восточной части антеклизы песчано-каолиновые отложения, впервые выделены А.А.Дубянским [25] и отнесены им к каменноугольному возрасту. Л.Г.Раскатова [77] на основании сиорово-ныльцевого анализа, определила время образования данной толщи, как позднефранская - среднефаменская.
В целом фациальные обстановка меняются от континентальных - на западе, до морских - в восточной части развития данных образований. Литологический состав пород представлен разнозернистыми, несортированными песками и песчаниками, содержащими до 30% глинистую составляющую [60]. Состав последней, чаще чисто каолинитовый, но нередки и гидрослюдисто-каолинитовые и монтмориллонит-каолиниговые ассоциации. условные обозначения см.на рис. 3.1. Песчаные породы часто содержат глинистые прослои мощностью от первых сантиметров до 15-20 метров. Глины, как правило, песчанистые и даже запесочешше. Состав их каолипитовый, иногда монтмориллонит- и гидросшодисто-каолшштовый. Часто в песках наблюдается большое количество гравийного материала, представленного плохо окатанными обломками кварца (иногда данный минерал представлен обломками кристаллов с хороню выраженными гранями), кремней, полевых пшатов, яшмы и некоторых других минеральных образований, размером до 10 см. Большинство обломков несет на себе следы выветривания, выражающиеся канавками и ямками на их поверхности, заполненными каолииитовым материалом.
По мнению А.Д.Савко [80], В.Ф.Лукьянова и А.А.Жуковского [62] образование отложений мамонской толщи связано с размывом ранее образованных кор выветривания, развитых на породах кристаллического фундамента, в условиях гумидного или семигумидного климата и размытых затем в условиях более расчлененного рельефа и климата, близкого к аридному.
Отложения фаменского яруса в регионе разделяются на нижний средний и верхний подъярусы. В нашем распоряжении имеются результаты рентгеновского анализа только по породам нижнего подъяруса, который включает в себя задонский и елецкий горизонты . Эти образовашія очень схожи, как по литологическому составу, так и по смене фациальных обстановок - от лагунных на западе, до мелководно-морских на северо-востоке и востоке территории (рис. 3.13.А). Ситуация, показанная на литолого-фациальных картах, в целом совпадает со схемой распределения глинистых минералов (рис. 3.13.Б). У западной и южной границ выклинивания в зонах лаіунньїх и ирибрежно-морских обстановок количество каолинита достигает 70%. К северу и востоку его содержания резко падают с возрастанием роли гидрослюды до 80%. В составе глинистой ЗЕВВЕ 5 ..„ ». r- РЦЗ условные обозначения см.на рис. 3.1. фракции в северо-восточной и восточной частях территории в незначительных количествах (первые проценты, поэтому на схеме и не показан) встречается хлорит. Практически отсутствует и монтмориллонит, образованию которого препятствовало поступление значительных количеств калия в морской бассейн того времени. Высокие концентрации данного элемента связаны с размывом кор выветривания, сформировавшихся на породах кристаллического фундамента во время континентального перерыва в предзадонское время.
Данные образования распространены на юго-западном склоне атггеклизы и обрамляют ее с юга, востока и севера. Па большей части площади своего развития они залегают на выветрелых породах кристаллического фундамента и перекрываются, с глубоким размывом, мезозойскими отложеігиями.
Хотя в составе системы выделяются на данной территории нижний и средний отделы, тот аналитический материал, который имеется в нашем распоряжении, не позволяет в достаточной мере охарактеризовать все выделяемые стратшрафические подразделения. Тем не менее, многие тенденции в развитии каменноугольных отложений прослеживаются достаточно ярко.
Глинистые минералы палеогеновой системы
При съемке препарата составленного из частиц слюды размером около 1x1мм, нечетные рефлексы не проявляются и резко уменьшаются шггеисивности всех отражешгії, особешю с 0.0.12. А самьм выраженным остается отражение 006 (рис. 4.2.Б). С уменьшением размеров частиц менее 0,1мм наиболее интенсивным становится рефлекс 002 с d = 9.9 А и дифракционная картина мусковита приобретает "привычный" вид (рис. 4.2.В), практически соответствующий стандартному для этого минерала [67]. При исследовании препарата, составленного из частиц мусковита размером менее 0,01мм, отражение 002 приобретает значение d = 10,0 А, а остальные базальные рефлексы становятся кратными этому числу (рис. 4.2.Г). Начиная с размерности менее 0,001мм, на дифракгоіраммах появляются рефлексы со значениями d больше 20 А, которые однозначно можно интерпретировать, как принадлежащие смешашюслойпым образованиям (рис. 4.2.Д). При еще большей степени измельчения вещества, рефлекс 002 начинает расширяться с максимумами от 10.1 до 10,6 А (иногда и больше) (рис. 4.2.Е). В литературе данный вид слюды относят к политипной модификации lMd [79].
1 Іри разрушении кварца, в начале этого процесса, изменения проявляются расширением всех рефлексов на дифрактограммах и слиянием триады отражений со значениями d = 1,382; 1,375; 1,372 А (рис. 4.3.). Затем появляется рефлекс с d = 2,82 А, интенсивность которого возрастает по мере увеличения в суспензии ультрадисиерспых часгац, а при насыщешш препарата глицерином он исчезаег (рис. 4.4). Такое поведение этого отражения продолжается примерно до достижения им такой же интенсивности, как и у рефлекса с d = 3,343 А (самого интенсивного у кварца). Далее, при обработке препаратов глицерином, дифракционная картина остается неизменной. На ИК-спектрограммах ультрадисперсного кварца отсутствует характерный для этого минерала дуплет отражений 780 и 797 см, нет важного рефлекса со значением 1160 см. Одним словом, результаты анализов одних и тех же минералов, но представленных кристаллитами различных размеров, различаются кардинально. И это, BqwflTHO, присуще всем без исключения минеральным фазам.
Фрагменты дифрактограміи кварца. I - после 20 часов ультразвуковой обработки; II - после 40 часов ультразвуковой обработки; III - после 60 часов ультразвуковой обработки. А - воздушно-сухой препарат; Б - препарат насыщен По нашему мнению, причина всех этих нарушений в проявлении рентгеновской дифракции при исследовании минеральных кристаллитов различной размерности может быть объяснена с позиции физики приповерхностного слоя, толщина которого по данным некоторых авторов [2; 79] колеблется от 10 до 300 А. Атомы в этом слое, в отличие от внутренних частей, не уравновешенны другими атомами, а их связи на поверхности вообще оборваны и проявления физических воздействий, в том числе и рентгеновская дифракция, в сумме будет не когерентной от различных частей одного и того же вещества. Во внутренних частях любого кристаллита состав и структура отвечают идеальному строению вещества. В краевых слоях ситуация несколько иная. За счет ослабления межатомных связей часть катионов выпадает из структуры, способствуя возникновению так пазьшаемых вакансий, которые, создавая нарушения в строении вещества, вьвывают изменения в дифракции. И чем больше соотношение "неуравновешенного" объема вещества по сравнению с "уравновешенным", тем не когеррентней вторичное рентгеновское излучение. Такое наложение отражений от кристаллитов одного и того же вещества, с одной стороны, и в то же время отличающихся (хотя и оставаясь структурно очень близкими) в разных частях своего строения, с другой, приводит к расширению, исчезновению одних и появлению других, дополнительных рефлексов на дифрактоіраммах.
Генезис подобных ультрадисперсных модификаций минеральных фаз, вероятней всего, связан с физико-химическими процессами, происходящими при преобразовании вещества.
Считается общепризнанным, что цеолиты группы гейландита, достаточно широко распространенные в мезо-кайнозойских отложениях различных территорий всего мира, имеют призматический, брусковидный облик кристаллитов. Это мнение обычно доказывается электронномикроекоиическими фотографиями, приводимыми в публикациях разных авторов. Так в одной из последних работ Е.Ф. Ахлестиной и А.В. Иванова [10], приводятся фотоснимки минералов брусковидной формы с гладкими гранями, на которых даже при больших увеличениях не видно и следов слоистости, интерпретируемых, как цеолиты группы гейлапдита. В ставшей классической работе Э.Э. Севдерова и Н.И. Хитарова [90], в геологическом словаре [19], некоторых других публикациях, эти минералы относятся к группе слоистых силикатов и поэтому на электронномикроскопических изображениях они должны выглядеть точно так же, как и глинистые, то есть в виде переслаивающихся чешуек, в крайнем случае, табличек, но никак не призм, брусков и т.п. Размеры изображенных на снимках кристаллитов никак не менее 0,01мм, а препараты для рентгеновского анализа, с помощью которого только и можно однозначно интерпретировать цеолиты, состоят из частиц менее 0,002мм. Таким образом, приводимые в литературе электрошюмикроскопические фотографии призматических, брусковидиых форм, являются не цеолитами, а другими минеральными видами.
Для проверки данного утверждения были сделаны препараты из образцов, в которых по данным рентгеновского анализа, цеолиты во фракции менее 0,001мм доминируют, при полном отсутствии других минералов, кроме глинистых. На дифрактограммах проявляется серия рефлексов характеризующая цеолиты—9,0; 7,94; 6,75; 6,68; 5,56; 5,25; 5,14; 4,64; 4,46; 3,96; 3,92; 3,56; 3,41; 3,17; 3,12; 2,98; 2,80; 2,73 А.
Нанесенная на подложку суспензия, после высыхания анализировалась рентгеновским методом. Убедившись, что цеолиты в этом препарате составляют абсолютное большинство, эту же подложку исследовали под электронным микроскопом. При самом тщательном просмотре открывающегося на экране изображения, никаких брусковидиых и призматических форм не замечается. Все поле препарата представляет собой переслаивающиеся чешуйчатые, очень редко таблитчатые, изометричные частицы размером около 0,001мм (рис. 4.5.).
