к списку научных трудов

Особенности магнитных минералов палеозойских вулканитов Дальнего Востока

Ю.С. Бретштейн1, В.А. Цельмович2

1 ИТиГ ДВО РАН, Хабаровск;
2Геофизическая Обсерватория “Борок” ИФЗ РАН, пос. Борок Ярославской обл.

В пределах Южно-Синегорской наложенной тектонической депрессии в Юго-Западном Приморье, сложенной коллажем тектонически разобщённых по возрасту и генезису геоблоков пород различного состава, изучены магнитные свойства девонских и карбоновых риолитов. Указанные вулканиты различаются внешним обликом и, в меньшей степени, – химизмом. Обе возрастные группы принадлежат к щелочным эффузивным разностям, их возраст базируется на достаточно устаревших K-Ar определениях, выполненных в 60-х годах прошлого столетия.

Термомагнитные кривые и петли магнитного гистерезиса характеризуют особенности состава, размера зёрен и структуры магнитных минералов этих пород (Рис. 1).

По данным термомагнитного анализа магнитные свойства липаритов обусловлены наличием в основной массе этих пород преимущественно ферримагнитного магнетита, окисленного при высоких температурах. Реже в составе ферримагнитной фазы присутствует магнетит с примесью маггемита и гематит. В экструзивных разностях риолитов, судя по параметрам коэрцитивности Hc и Hcs, а также соотношениям величин Is и Irs в различных температурных интервалах, на графиках температурного размагничивания Is(T) и Irs(T) в отдельных случаях фиксируются блокирующие температуры, превышающие 700° градусов, которые отвечают ТC (блокирующей температуре) чистого железа. Последнее обстоятельство представляется достаточно необычным, поскольку, в отличие от пород основного и ультраосновного состава, где самородное железо встречается достаточно часто, в эффузивных и экструзивных породах, формирующихся при излиянии на поверхность в окислительной, а не восстановительной среде, более характерно присутствие окислов железа. Для минералогической идентификации состава ферримагнетиков образцы вулканической породы были измельчены в яшмовой ступке, дополнительно раздроблены и очищены в ультразвуковом диспергаторе по разработанной методике [1]. В водной среде при помощи мощного ручного магнита были извлечены агрегаты магнитных зёрен, которые затем изучались при помощи электронно-зондового микроанализатора “Tescan-Vega II”.

Рис. 1. А – гистерезисные петли нормального намагничивания Ir(H); Б – графики температурного размагничивания Is(T): 1 (2) – первый (второй) нагревы. 1-4 (большие цифры слева) – графики для пород с различным минеральным составом носителей In: 1 – окисленным при высоких температурах магнетитом, 2 – магнетитом с примесью маггемита, 3 – с преобладанием парамагнитных минералов, 4 – с самородным железом.

В результате микрозондового анализа были обнаружены магнитные частицы различной морфологии и состава: магнетитовые шарики размером от 1мкм до 20 мкм, микросферулы самородного железа, никеля, а также магнетита Fe304, и аваруита Ni3Fe и некоторых сульфидов. Самородное железо и частицы магнетита встречены также в виде пластинок, чешуек, изогнутых иголок и гофрированных пластинок самой разнообразной формы. Величина (в % соотношении) ряда элементов в изученных (сканированных) зёрнах может достигать: Fe для металлического железа и магнетита – соответственно до 100% и 74%, Ni – до 35% Cr и Co – 1-3%, олова и меди – соответственно до 20% и 68%.Учитывая процентные соотношения Сu, Fe, Ni и Sn в сканируемых зёрнах, не исключено также присутствие в приморских риолитах (обычно содержащих высокие кларковые содержания олова) вторичного оловорудого минерала станнина Cu2FeSnS4. Отдельные зёрна, возможно, могут представлять собой различные сплавы Fe, Ni, Сr и Cu. Фото и результаты сканирования отдельных зёрен приведены на Рис. 2.

Рис. 2. Типичные частицы самородного железа (Fe), магнетитовые сферулы (шарики), а также включения частиц магнетита (Mt) в силикатах и станнина (Fe2SnS4)?

Обычно чаще всего шарикам железа и никеля (широко распространённым и в осадочных породах различных мест нахождения и возраста) приписывается космическое происхождение. Примеры нахождения металлических и магнетитовых микросферул предположительно внеземного происхождения известны по данным изучения осадочных пород различного возраста, где они образуют скопления, в виде отдельных горизонтов или микрослоев, в отложениях различного возраста – кембрия, девона, на границе перми-триаса, мела-палеогена и др. [25 и др.]. В некоторых случаях находки металлических микросферул и микрочастиц сопровождаются минералами импактного происхождения (микроалмазами, муассанитом, Ni-содержащей шпинелью [6]).

Вместе с тем следует отметить, что, несмотря на достаточно широкое распространение магнетитовых шариков в различных геологических обстановках (в консолидированной земной коре, морских донных отложениях, ледниковых толщах), в породах различного возраста – от протерозоя до четвертичных и тот факт, что, как предполагается, ежегодно на поверхность Земли выпадает до 10 тысяч тонн космического вещества [7], “стойкий соблазн” считать все подобные микрочастицы маркерами только космического происхождения, как представляется, не всегда оправдан. Существует и другая точка зрения – им приписывается эндогенное происхождение.

Ряд исследователей связывает, в частности, образование микросферул с кавитационными явлениями, возникающими в процессе магматического и гидротермального минералообразования [89], т. е. постулируется их эндогенная природа. Их формирование в вулканитах может обуславливаться “вскипаниемнеравновесной магмы по механизму кавитации в результате быстро протекающих газотранспортных реакций при прохождении высокотемпературных восстановительных флюидов. Кавитация представляется распространённым и важным физическим эффектом в процессах формирования нано- и микрочастиц минералов в горных породах и на рудных месторождениях.

Эффект кавитации может возникать при заполнении флюидом приоткрывающихся трещин и пустот в зонах минерализации. Переход от режима медленного просачивания гидротермальных растворов по каналам во вмещающей породе к быстрому заполнению трещин приводит к значительному понижению локального давления, выделению пузырьков газа, а затем к кавитационному сжатию пузырьков в процессе восстановления давления при полном заполнении приоткрывшегося пространства. При сжатии кавитационных пузырьков в них могут развиваться давления в сотни килобар и температуры порядка десятков тысяч градусов, формироваться сверхзвуковые кумулятивные микроструи и ударные волны, идти высокотемпературные химические реакции [10].

Данная модель позволяет объяснить появление микросферул с размерами, находящимися в приемлемом соответствии с данными наблюдений. Рассмотренный кавитационный механизм формирования сферических и псевдо-сферических частиц может приводить к образованию в гидротермальном флюиде минеральных наночастиц. Если размеры зёрен находятся в нанометровом диапазоне, то в результате взаимодействия со сжимающимся кавитационным пузырьком твёрдые зёрна переходят в капли расплава, которые впоследствии затвердевают, превращаясь в наночастицы сферической (или почти сферической) формы.

К появлению микросферул может также приводить процесс абляции – выброс в окружающую жидкость перегретого слоя расплавленного вещества в виде мелких нанокапель в случае, когда температура в сжимающемся кавитационном пузырьке превосходит температуру кипения вещества нанокапли, соответствующую внешнему давлению в гидротермальном флюиде. Микросферулы могут формироваться в результате плавления уже изначально находящихся в породах зёрен минералов и самородных элементов-металов. Их размер не должен превосходить характерные размеры и формы зерен, обусловленные термодинамическими условиями системы, которые способствуют возникновению и сохранению структур с минимальными энергетическими затратами на их формирование – мелких шарообразных наночастиц рудных минералов и самородных элементов. Такие формы зёрен могут возникать в случае проникновения, например, в пористую среду флюидальных риолитов восстановленных флюидов, их спонтанном переохлаждении и пересыщении катионами соответствующих химических соединений и самородных элементов [11].

Резюмируя вышесказанное, можно констатировать, что многими авторами, прежде всего петрологами и металлогенистами, в отличие от геофизиков, постулируется преимущественно эндогенный генезис магнитных сферул, которые часто обнаруживаются в виде агрегатов включений на стенках полостей застывших вулканических пород, возникших в кристаллизующейся магме под воздействием газовых струй. Их формирование в вулканитах может обуславливаться “вскипаниемнеравновесной магмы в результате быстро протекающих газотранспортных реакций при прохождении высокотемпературных восстановительных флюидов.

Вместе с тем, вслед за [12], можно утверждать, что выявляемые в различных породах разнообразные микрочастицы самородных, окисных и сернистых металлов как предположительно космического, так и магматического происхождения морфологически практически не различаются. Чёткие критерии их отличия в породах на сегодняшний день отсутствуют. В большей степени они различаются по химическому составу, который более дифференцирован для частиц, которым приписывается космический генезис.

В пользу космического происхождения микрочастиц часто указывается на преобладание в магнитной фракции пород самородных металлов – чистого железа, никеля, платины. С другой стороны, известны экспериментальные работы, а также результаты изучения реальных парагенезисов минералов, позволяющие восстановить возможные физико-химические Р-Т – условия и в магматических расплавах, которые могли способствовать возникновению подобных составов и морфологических особенностей у отдельных представителей минеральных ассоциаций минералов и самородных металлов.

На основе обзора литературных источников [13 и др.] можно полагать, что сферулы могут образовываться на протяжении всего магматического процесса, при этом механизмы образования могут быть самыми различными. Аналитическими методами установлено, что сферулы представляют собой сложные поликомпонентные минеральные агрегаты, в строении которых принимают участие самородное железо и сложные его окислы с примесью других элементов. В ассоциации со сферулами встречаются самородные металлы – Fe, Cu, Pb, Zn, Ag, интерметаллические соединения системы Cu-Zn-Sn-Pb и другие акцессорные минералы (корунд, рутил, альмандин, циркон, шпинели сложного состава, графит, муассанит и др.), а также остроугольные обломки стёкол тёмно-бурого цвета и шлаковидные частицы чёрного цвета. Сравнение состава обломков стёкол, шлаковидных частиц и сферул показывает, что это генетически родственные образования.

По [14] наиболее благоприятная обстановка для образования сферул создаётся при вскипании и дегазации магматического расплава, а также во время извержений вулканов, сопровождающихся взрывными явлениями и процессами плавления. В таких условиях сферулы образуются в результате быстро протекающих газотранспортных реакций с участием восстановительных флюидов, которые способствуют расщеплению вещества на несмешивающиеся компоненты по типу ликвации и приводят к образованию рудных, рудно-силикатных или силикатных капель расплава. В виде включений магнетитовые сферулы установлены в интрузивах и эффузивных породах андезитобазальтового состава в наиболее ранних генерациях вкрапленников пироксенов и плагиоклазов, а также в основной массе пород. Они являются характерными компонентами минеральных ассоциаций, развивающихся на стенках пустот средних и кислых вулканитов. Температурный интервал образования сферул и сопутствующих минералов достаточно широк, по разным оценкам он колеблется в среднем от 1200°С до 600°С [12, 15].

Существующая конвергенция признаков на данном этапе изученности проблемы не позволяет придти к однозначным выводам и затрудняет обоснованное разделение в природных объектах частиц космического и эндогенного происхождения. Вероятно в общем случае есть основания предполагать более широкое распространение микросферул и микрочастиц ферритов (минералов и самородных элементов) космического происхождения в осадочных породах, нежели в эффузивных (возникших из магматичских расплавов).

Следует отметить, что геологическую структуру района, где обнаружены микровключения минералов столь своеобразного состава и морфологии, в геолого-тектоническом отношении некоторые исследователи интерпретируют как “тектоносферную воронку” [16] или “дива-структуру” [17]. Сама овальная форма Южно-Синегорской тектонической депрессии дискордантна всем выше и ниже лежащим толщам – не согласуется как с более древними структурами протерозойского и раннепалеозойского фундамента (имеющим преимущественно северо-западное простирание), так и с молодыми мезокайнозойскими структурами северо-восточного (“тихоокеанского”) направления. Эту депрессию, представляющую собой коллаж мелких геоблоков различного простирания, сложенных породами разнообразного состава и возраста, “при достаточном воображении”, можно рассматривать даже как древнюю палеозойскую астроблему. Обнаруженные здесь микрочастицы самородных элементов могут иметь, кроме “чисто космического”, также и эндогенное происхождение, в т. ч., возможно, обусловленное неким импактным событием. Можно предположить, что последнее, интенсифицируя своим ударно-взрывным воздействием деятельность магматического очага, могло привести к активизации высокотемпературного флюидно-газового режима, способствовавшего формированию микросферул и микрочастиц различных химических элементов и соединений.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке ДВО РАН (проект 09_III_А_08_442) и РФФИ (проект № 10-05-00117).

  1. Цельмович В.А. Микроскопическая диагностика магнитных частиц в изверженных и осадочных породах. // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород; теория, практика, эксперимент. Материалы семинара. Борок, 2006. С.149-154.
  2. Бретштейн Ю.С., Климова А.В., Цельмович В.А. Магнитно-минералогическая идентфикация компонент намагниченности девонских пород Приамурья. Материалы VIII Совещании “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. ИФЗ РАН, Геофизическая обсерватория “Борок”, 2007. С.
  3. Корчагин О.А., Цельмович В.А., Дубинина С.В. Метеоритные микросферы и частицы из глубоководных известняков верхнего кембрия (Батырбай, Южный Казахстан) // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. Минералогия, петрография, литология. 2007, №3. С. 17-22.
  4. Грачёв А.Ф., Цельмович В.А., Корчагин О.А. Космическая пыль и микрометеориты в древних земных слоях. Земля и Вселенная. 2008. № 5. С. 59-67.
  5. Grachev A.F. (Ed.). The K/T boundary of Gams (Eastern Alps, Austria) and the nature of terminal Cretaceous mass extinction. (2009). Abhandlungen der geologischen Bundesanstalt. Bd. 63. 199 p.
  6. Взрывные кольцевые структуры щитов и платформ. М.: Недра, 1985. 200 с.
  7. Юдин И.А. Исследование искусственной метеорной пыли (шариков) // Метеоритика, 1969. Вып. XXIX. С. 132-141.
  8. Адушкин В.В., Андреев С.Н., Попель С.И. Кавитационный механизм формирования нано- и микрочастиц минералов в рудных месторождениях // Геология рудных месторождений. 2004. Т. 46. № 5. С. 363-370.
  9. Новгородова М.И., Андреев С.Н., Самохин А.А., Гамянин Г.Н. Кавитационные эффекты в образовании минеральных микросферул в гидротермальных растворах // Докл. РАН. 2003. Т. 389. С. 669-671.
  10. Маргулис И.А., Маргулис М.И. Динамика одиночного кавитационного пузырька // журн. Физической химии. 2000.Т. 74. № 3. С.566-574.
  11. Хенкина С.Б. Продукты ликвации в породах мелового – палеогенового возраста Охотско-Чукотского вулканогенного пояса (ОЧВП) и особенности их металлоносности // ДАН СССР, 1978. Т. 238. № 2. С. 433-436.
  12. Сандимирова Е.И. Особенности химического состава силикатных сферул из вулканических пород Курильских островов и Южной Камчатки // Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды. Мат. Всероссийской научной конференции. Иркутск, 2007. Т. 2. С. 217-221.
  13. Самородное минералообразование в магматическом процессе // Тез. докладов, Якутск, Якутский филиал СО АН СССР, 1981. 208 с.
  14. Филимонова Л.Г. Закономерности развития вулканизма и рудообразования активизированных тихоокеанских окраин. М.: Недра, 1985. 159 с.
  15. Шарапов В.Н., Павлов А.Л., Акимцев В.А. и др. Физико-химические характеристики отложения минералов из магматического флюида при кристаллизации базальтов срединно-океанических хребтов // Геология рудных месторождений, 2001. Т. 43. № 1. С. 83-96.
  16. Изосов Л.А. Южно-Синегорская тектоносферная воронка Ханкайского массива // Тектоника,геодинамика и процессы магматизма и метаморфизма: Тез. докл. ХХХII тектонического. Совещания. Т. 1. М.:РАН, 1999. С. 278-281.
  17. Chen Guoda. Characteristics and nature of diwa-region compared with so-called “paraplatform” // Acta Geol. Sinica. 1960. V. 40. p. 162-186.
к списку научных трудов

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution