27.12.2020

Кремень, кремнистые породы и новакулит


Кремень. Между кремнями (flint) и кремнистыми породами (chert) нет каких-либо резких минералогических различии. Кремнями называют главным образом кремнистые конкреции, встречающиеся в основном в мелу и мергелистых известняках, например в толщах мела (верхнемелового возраста), широко распространенных в Западной Европе и других регионах. Сплошные пластовые кремнеземистые отложения обычно называют кремнистыми породами. Кремни состоят из крепкого очень плотного микрокристаллического кремнеземистого вещества. В свежем изломе кремневые конкреции обычно имеют светло-серый или темный цвет, но иногда окрашены в голубовато-серые, бурые, буровато-серые до буровато-черных, дымчато-черные и черные тона. Появление черных оттенков связывали с присутствием примеси углистого вещества. Однако они, возможно, обусловлены оптическим эффектом на поверхности излома кремней, интенсивно поглощающей и очень слабо отражающей свет. Этот эффект аналогичен появлению черной окраски в тонко измельченном металле или на поверхности, покрытой тончайшими стальными иголками, направленными остриями к источнику света. В проходящем свете кремни имеют буроватый цвет, подобный окраске халцедона. Формы кремневых конкреций обычно приближаются к эллипсоидным или дисковидным с ориентировкой плоскостей уплощения параллельно слоистости вмещающих пород. Встречаются и неправильные стяжения кремней с бугорчатыми, почковидными и клубнеобразными выступами. Размеры конкреций обычно колеблются от немногих дюймов до 1 фута или около этого, но встречаются конкреции диаметром в несколько футов. Кроме того, кремни образуют скелетовидные выделения или прожилки.

Выветрелые поверхности природных конкреций или поверхности кремневых изделий бывают белыми и мелоподобными, иногда они окрашены в желтовато-бурые и бурые тона окислами железа. Поверхностная корочка, или патина, возникающая в таких случаях, имеет пористое строение и при рентгеновских исследованиях дает дифрактограмму кварца. Белый цвет корочки обусловлен рассеянием света тонкими частицами и стенками пор. При смачивании выветрелой поверхности жидкостью, близкой по светопреломлению к кварцу, и заполнении ею пор патина приобретает такой же внешний вид, как и внутренние частицы конкреции. Патину можно получать искусственно обработкой поверхности щелочными растворами, которые растворяют кварц на границах зерен и по трещинкам. Опыты по выщелачиванию кремней и кремнистых пород в щелочных растворах свидетельствуют, что в этих кремнистых образованиях так же, как и в обычных халцедонах и агатах, присутствует примесь опала или аморфного кремнезема. Опаловый кремнезем встречается в составе пластовых осадочных пород, возникших в результате накопления кремнеземистых скелетов таких организмов, как радиолярии или спикулы губок, однако нет каких-либо прямых доказательств обязательного присутствия опалового кремнезема в цементе кремней и кремнистых пород. Толщина природной патины зависит от размера волокон и структуры кремня, состава и концентрации воздействующего растворителя, продолжительности воздействия последнего и т. д.

Для кремней характерен грубый раковистый излом с гладкими различно ориентированными поверхностями и острыми ребрами между ними, однако наблюдаются все переходы к занозистому или неправильно зубчатому излому, свойственному кремнистым породам. Из опыта профессионалов, занимающихся обработкой кремня, известно, что в кремневых конкрециях существует система ослабленных направлений, вдоль которых они наиболее легко расщепляются. При этом говорят, что кремневые конкреции лучше раскалываются непосредственно после их добычи. Блестящие поверхности излома со временем тускнеют и приобретают бледный, восковой блеск. В очень тонких осколках и у острых ребер кремни просвечивают, но с увеличением размера обломков они хуже пропускают свет и становятся совершенно непрозрачными. При микроскопическом исследовании обнаруживается, что кремни обычно состоят из сферолитовых, веерообразных, грубо прямоугольных, конусовидных или совершенно неправильных агрегатов халцедона, имеющего оптически отрицательное удлинение. Агрегаты, обладающие подобными срезами и, по крайней мере частично, возникшие в результате замещения остатков организмов, заключены в тонкозернистом цементе, состоящем из зубчатых и взаимопроникающих индивидов, размеры которых колеблются от видимых до субмикроскопических. Индивиды последнего типа, напоминающие иногда зерна кварца, очевидно, представляют собой пучки параллельных волокон и имеют волнистое погасание. Светопреломление волокнистых выделений и агрегатов цемента во всех случаях, когда размеры зерен позволяют его определить, соответствует светопреломлению халцедона и меньше, чем у крупнокристаллического кварца. Плотность кремней также близка к плотности халцедона и меньше, чем у обычного кварца. Микрополосчатость с параллельным расположением волокон, свойственная агату, не характерна для кремней и кремнистых пород, у которых в общем проявляется случайная ориентировка волокнистых агрегатов в основной массе. В кремнях, как и в кремнистых породах, часто присутствуют остатки организмов, особенно спикулы губок, а также силицифицированные панцири фораминифер, обломки пластинчато-жаберных, брахнопод и т. д. Остатки фауны обычно замещены агрегатами относительно грубоволокнистого халцедона с параллельной или радиально-лучистой ориентировкой его волокон. Иногда наблюдаются силицифицированные ромбические кристаллы карбоната совместно с незамещенными реликтами кальцита или доломита и кроме того, обломки скелетов кальцитовых организмов.

Если не учитывать кальцит и другие механические примеси, кремни и кремнистые породы почти целиком состоят из SiO2 (97—99%), а также остаточной воды (или потерь при прокаливании), присутствующей в количестве от десятых долей процента до 1%, и незначительных примесей Al2O3, Fe2O3 и щелочен. Часто приводимые в химических анализах CaO, MgO и CO2, как правило, связаны с незамещенными реликтами кальцита или доломита. Окись железа (FeO). присутствующая в некоторых кремнях, вероятно, тоже входит в состав этих карбонатов, а также в глауконит, пирит и т. д. Типичный химический анализ кремня приведен в табл. 29. Кремневые конкреции в мелу и близких к нему породах возникли в результате замещения, вероятно происходившего в большинстве случаев в течение диагенеза этих осадков.

Кремнистые породы. Обычно кремнистые породы имеют серовато-белую, серую или бледную голубовато-серую окраску, реже цвет их бывает темно-серым до черного, зеленоватым, красноватым или буроватым. Как правило, кремни обладают более темной окраской по сравнению с кремнистыми породами. С увеличением примеси окислов железа кремнистые породы приобретают желтые, бурые и красные тона и постепенно переходят в яшмовидные кремнистые породы или яшмы. Железистые кремнистые породи такого типа присутствуют в некоторых регионах в больших количествах и часто ассоциируют с подушечными лавами и зеленокаменнымb породами, возникшими за счет спи-литов в районах вулканической деятельности. Кремнистые породы (а иногда и кремни) часто имеют неравномерную пятнистую окраску и в некоторых случаях грубую полосчатость, параллельную поверхности напластования. Блеск их колеблется от матового до стеклянного. В тонких сколах кремнистые породы просвечивают, но они совершенно непрозрачны в крупных кусках. При изучении под электронным микроскопом иногда обнаруживается губчатая структура поверхности образцов кремнистых пород с мельчайшими порами и пустотками.

В шлифах под микроскопом кремнистые породы выглядят в общем так же, как и кремни, но обычно обладают более крупнозернистым сложением. Главный и, как правило, единственный компонент кремнистых пород и кремней — халцедоновая (волокнистая) разновидность кремнезема. Кроме того, иногда присутствуют агрегаты беспорядочно сросшихся микрокристаллических зерен кварца, сходных по своему облику с новакулитом. Некоторые чрезвычайно тонкозернистые кремнистые породы и кремни выглядят в шлифах изотропными вследствие агрегатной поляризации. Иногда в кремнистых породах присутствуют микроскопические изотропные глобули опалового кремнезема, встречающиеся изолированно и слагающие цепочки и сплошные агрегаты. Часто наблюдаются незаместившиеся реликты скелетов известковых организмов, а также рассеянные выделения глауконита, пирита, хлорита и глинистого вещества. Из массивных кремнистых пород с крупноячеистой структурой, возникшей в результате выщелачивания известковых окаменелостей, изготовляют прекрасные точильные камни и жернова. Наибольшую ценность в качестве сырья такого рода представляют пресноводные олигоценовые кремнистые породы Парижского бассейна во Франции.

Кремнистые породы слагают пласты, часто весьма выдержанные по простиранию, или серии прерывистых линз. Мощность пластов обычно колеблется от немногих дюймов до 10 футов, но иногда бывает гораздо больше. Кремнистые породы залегают среди известняков, доломитов или мела, а также переслаиваются с этими осадками. Пластовые кремнистые породы и кремневые конкреции обнаружены в осадочных толщах всех возрастов, от протерозойского до третичного. Кремнистые породы широко распространены в палеозойских известковистых осадках Северной Америки, особенно во внутриконтинентальных районах, в Францисканской формации юрского возраста в Калифорнии, в толщах мела и известняках юрского и мелового возраста Западной Европы и т.д. Пластовые кремнистые породы, видимо, в основном возникали в результате замещения кремнеземом мела и известняка в процессе их диагенеза, однако дополнительными факторами при их образовании служили непосредственное химическое осаждение неорганического кремнезема из морской воды и перекристаллизация опалового кремнезема в породах, содержащих остатки таких кремнеземистых организмов, как радиолярии и диатомеи, и спикулы губок.

Новакулит. Новакулит — белая равномернозернистая порода без признаков слоистости, целиком сложенная мелкозернистым кварцем. При изучении в оптическом и электронном микроскопе в новакулите выявляются агрегаты беспорядочно ориентированных полиэдрических блоков или зерен кварца с резкими ровными, но несколько искривленными границами, так что в целом такие агрегаты несколько напоминают внешне мыльную пену. Новакулит, вероятно, образуется в результате слабого метаморфизма кремнистых пород. Широкой известностью пользуются новакулиты Арканзаса девонско-миссисинского возраста.

Исторический очерк. Происхождение терминов flint и chert точно неизвестно. Название flint (в староанглийском написании также fiynt, flynte), вероятно, имеет местное английское происхождение; использование его началось, по-видимому, примерно 1000 лет назад. Возможно, это слово связано с греческим «плинтос», что значит черепица или кирпич. В ранней литературе, особенно поэтической и художественной, это название часто использовали как определение твердого камня вообще. В минералогическом смысле термин flint впервые появился в работах английских авторов XVII в. Николс определял кремень (Hint), или силекс (silex), как сероватую, очень плотную, лишенную пор и черную в свежем изломе породу и сопоставлял ее с немецким кизельштейном (kieselstem). Уэбстер писал о «...саксум корнеум, или флинте, роговом камне (homstem), обладающем большой твердостью и роговидной окраской, частицы которого настолько крепко связаны друг с другом, что их не удается разобщить...». Под названием «флинта» (flinta) шведский минералог Валлериус, несомненно, описал кремневые конкреции, по его данным наиболее часто встречающиеся в слабосвязанном состоянии в почве и мелу. Во многих немецких минералогических работах XVIl и XVIlI вв. термин «флинт» отсутствует, а кремни отнесены к роговым камням (hornstein) и в более узком смысле — к файерштейну (feuerstein). Возможно, именно кремень упоминается Плинием под названием «остациус» (ostacius), которым этот автор характеризовал твердый материал, используемый в качестве наконечников оружия.

В связи с тем что на свежем изломе кремня образуются острые выступы, этот камень был незаменимым материалом для доисторического человека, изготовлявшего из него оружие и режущие инструменты. С давних времен кремень также использовался в огнивах. В течение длительного периода он применялся в качестве воспламенителя в огнестрельном оружии. В середине XVI в. и Европе взамен первых образцов замкового огнестрельного оружия (изобретенного в 1517 г.), в которых в качестве источника искры использовался пирит, появилось оружие с кремневыми воспламенителями. Примерно к началу XIX в. кремневые оружейные замки, сильно усовершенствованные в Англии, получили наибольшее распространение. Производство оружейных кремней было специализированным ремеслом; хороший работник за 3 дня изготовлял до 1000 кремней. Важным источником кремня в Англии в наиболее ранние периоды его использования были месторождения близ Брандона в Суффолке. Кремневые конкреции, извлекаемые из мелевых отложений в Западной Европе, в течение долгого времени использовались (после их обжига до кристобалита) как компоненты некоторых керамических масс; кроме того, кремень иногда применялся в производстве некоторых сортов стекла (флинтглас).

Предполагают, что термин chert (вначале, вероятно, chirt) в его геологическом значении имеет местное английское происхождение. Возможно, это название возникло как звукоподражательное. Термин «чирт», вероятно, появился позднее названия «флинт» п в отличие от последнего не встречается в художественной литературе. Становление термина можно проследить по печатным работам 1679 г., когда были упомянуты «пласты чирта» (chirts), и 1729 г., когда Мартин констатировал, что «черт — это род кремней (flint), ...получающих подобное название в случае залегания в виде тонких прослоев». В Дербиширском горном словаре (1824 г.) chirt определяется как петросилекс, присутствующий в горных (каменноугольных) известняках м используемый в тонкомолотом состоянии в смеси с кремнем и глиной для производства стаффордширской керамики. Соверби (Sowerby, 1817 г.) писал: «Роговой камень (riornstone), или черт (chert), известен в Великобритании во многих местах...». Дж. Д. Дэна в 1844 г. привел в своей работе следующее определение: «Термин «черт» часто применяется для определения роговых камней, а также кремнистых пород с примесью различного материала, в том числе яшм». Позднее этот термин использовался в совершенно ином смысле. Видимо, главное отличие кремнистых пород (chert) от кремневых конкреций заключается в том, что первые представляют собой выдержанные пластовые образования.

Название роговой камень (hornstone, homstein), вероятно, введено горняками Саксонии в средние века. В своем первоначальном смысле это название относилось к различным тонкозернистым или плотным кварцевым породам, в той или иной мере прозрачным и напоминающим своим неровным изломом и общим обликом рог. Термин «роговой камень», или «гориштейн», упоминаемый в различных немецких минералогических работах XVI в., долгое время имел широкое распространение, однако позднее он был вытеснен, особенно в Англии, другими терминами, имеющими более узкое значение. Английское «флинт» (flint) как название минерала или породы соответствует французскому «снлекс» (silex) и частично немецкому «горнштейн» (homstein), тогда как этому же слову, обозначающему материал для огнив, отвечает французское pierre a feu, pierre а fusil или silex pyromaque, а также немецкое «файерштейн» (feuerstein). Термин «черт» (chert), кремнистая порода, распространенный в странах, говорящих на английском языке, соответствует французскому «силекс» (silex) и «силекс де лакруа», а также немецкому «горнштейн».

Название «новакулит» произошло от латинского novakula, что означает бритва или острый нож, и связано с использованием этой породы для изготовления точильных камней.





Яндекс.Метрика