27.12.2020

Жидкие включения в кварце


По споим размерам полости, заполненные жидкими включениями, колеблются от микроскопических до довольно крупных и могут содержать более 1 мл жидкости. Такие поры или пустоты (вплоть до видимых невооруженным глазом) практически всегда присутствуют в кварце. Иногда они настолько обильны, что кварц приобретает мутный облик или белый цвет. Пустоты иногда распределяются равномерно, но чаще они концентрируются вдоль неправильных или волнообразных зон. Неправильные зоны, или поверхности, могут без нарушения и расчленения пересекать границы смежных зерен в агрегатах кварца как в метаморфических и магматических породах, так и в жильном кварце. В некоторых случаях эти поверхности обнаруживают хорошо выраженную предпочтительную ориентировку, в связи с чем предполагается, что они соответствуют трещинам скола, насыщенным вначале межгранулярными флюидами, а затем залеченным переотложенным кремнеземом. В идиоморфных прозрачных кристаллах кварца, особенно в их основаниях, наблюдаются беловатые неправильные или криволинейные поверхности, или зоны, пузырьков, называемые в практике, например на заводах пьезокварцевого сырья, «вуалями». Жидкие включения в идиоморфных кристаллах могут также располагаться по поверхностям, параллельным внешним граням кристалла. Мелкие поры и пустоты обычно имеют несколько неправильную или округлую форму, но в некоторых случаях ограничены гранями кристаллов (отрицательные кристаллы). Относительно крупные пустоты обладают преимущественно неправильной и более или менее уплощенной формой, поверхности их уплощения часто параллельны граням ромбоэдра. Крупные пустоты, кроме того, нередко соединены тонкими извилистыми каналами. Жидкие включения присутствуют в кварце любого происхождения, но, вероятно, чаще они встречаются и имеют большие размеры и кварце пегматитов и кварцевых жил.

Включения обычно состоят из двух фаз — жидкой и газовой. В некоторых случаях присутствуют три фазы: жидкая, твердая (обычно представленная одним свободно плавающим в жидкости кристаллом) и пузырек газа или две несмешивающиеся жидкости и газовый пузырек. В последнем случае может присутствовать и кристаллик, в связи с чем возникают четырехфазовые включения.

Химический состав включений изучен очень плохо. Сведения о составе включений основываются на единичных анализах жидких и газообразных компонентов, а также на валовых анализах кварца, для которых предполагается связь малых компонентов с жидкими включениями. Состав включений изменяется от почти чистой воды до более или менее концентрированных или насыщенных водных растворов, содержащих главным образом Na, К, Ca, Cl, SO4 и CO2. По мере увеличения содержания СО2 включения разделяются на две жидкие фазы, в каждой из которых содержится водный раствор и жидкая CO2, а при дальнейшем увеличении содержания этого компонента включения преимущественно состоят из жидкой CO2. Во всех случаях при комнатной температуре во включениях присутствует газовая фаза. Малые компоненты включений представлены NH3, H2S и N. Анализ включений в дымчатом кварце из Швейцарии дал следующие результаты (в %): H2O—83,4; CO2—9,5; CO3—1,8; SO3—0,5; Cl—1,6; Na—2,0; К—0,7; Li—0,2; Ca—0,3. В одном случае среднее содержание растворенного вещества оценивалось в 10—20%, в другом — в 20—30%. При валовых химических анализах кварца обычно обнаруживаются измеримые количества H2O, CO2 и N, которые, несомненно, связаны с включениями. По крайней мере частично такое же происхождение имеют небольшие потери веса при прокаливании кварца, а также H2O(—) и газы, обнаруживающиеся при химических анализах изверженных пород. При газовом анализе гранита выявлено присутствие CO2, CO, N, Н, S, Cl, F и Н2O. В кварце содержатся также углеводороды. В жидких включениях, наблюдавшихся в прозрачных кристаллах кварца из округа Херкимер, Нью-Йорк, часто фиксировались подвижные черные частички твердого углеводорода. В херкимерских кристаллах были установлены две разновидности углеводородов — желтая, плавящаяся при 70—80°, и коричневая, плавящаяся при 200—220°. В образце дымчатого кварца весом 4500 г из ледника Тифен, Ури, Швейцария, было получено 0,5—0,6 г карбоната аммония.

В жидкой фазе иногда наблюдаются взвешенные мельчайшие кристаллики. Они почти всегда имеют кубическую форму к оптически изотропны. В связи с этим предполагается, что это щелочные галлоиды, в большинстве случаев, вероятно, NaCl, хотя отмечалось и присутствие КСl. Кристаллики растворяются при нагревании жидкого включения. Известны также включения ангидрита.

Двухжидкостные включения обнаруживают зональную структуру. Внешняя их зона состоит из водного раствора, промежуточная представлена жидкой CO2, а в центральном пузырьке присутствует преимущественно газообразная CO2. Изменения, наблюдающиеся в таких включениях при нагревании, зависят от относительных объемов присутствующих фаз; граница между жидкой и газообразной фазами CO2 в некоторых случаях исчезает при температуре ниже критической точки (31°). Некоторые образцы массивного дымчатого кварца из пегматита района Бранчвилла, Коннектикут, замечательны обилием трехфазовых включений, содержащих жидкую и газообразную двуокись углерода. При ударе молотком этот кварц с грохотом разлетается, а при нагревании он растрескивается настолько энергично, что осколки его пролетают по воздуху значительные расстояния. При химическом анализе газов этих включений были установлены следующие содержания: CO2 — 98,33%; N — 1,67%; H2S, SO2 и NH3 — следы. В этих включениях, по-видимому, присутствовал NaCl, так как в некоторых из них наблюдались мелкие кубические кристаллы и, кроме того, было установлено также присутствие углеводорода. Объем газа в различных образцах этого кварца в 0,97—1,65 раза превышал объем кварца. Кварц имеет относительно небольшой удельный вес и обнаруживает хорошую спайность по (1011}.

В 1882 г. в кварцевых жилах, содержащих изумруд, гидденит, рутил и мусковит, в округе Александер, Северная Каролина, были найдены кристаллы кварца (облик которого менялся от бесцветного до дымчатого) с исключительно крупными включениями жидкой CO2. Здесь у подошвы крупной полости шириной около 3 футов и высотой 7 футов было найдено приблизительно полтонны ограненных кристаллов, свободно распределенных в глинистом материале. Длина большинства кристаллов колебалась около 6 дюймов, а вес их составлял 1—2 фунта, но один из кристаллов весил 25 фунтов. В кристаллах наблюдалось большое число неправильных и уплощенных пустот, размер которых в основном составлял примерно 1/4х1 дюйм, но в отдельных случаях достигал 2,5х0,25 дюйма. Внешние грани по ромбоэдру и призме у этих кристаллов были вдавлены и покрыты кавернами, а жидкие включения располагались грубо параллельно этим поверхностям. Некоторые кристаллы по существу имели скелетный характер, и внутренняя часть их в основном состояла из жидкости. Невооруженным глазом было видно, что в кристаллах присутствуют две жидкости и подвижный пузырек, исчезающий при слабом нагревании. Первоначально отобранные образцы были сложены для хранения в бревенчатом амбаре; ночью температура опустилась ниже точки замерзания, и почти все кристаллы с шумом взорвались. Некоторые из кристаллов были связаны в общую массу, сцементированную льдом. Сохранившиеся ненарушенные кристаллы, вынесенные на солнечный свет, издавали похожие на шум кипящей воды звуки, слышимые на расстоянии нескольких футов. При экспериментальном замораживании включений СО2 отмечалось переохлаждение воды.

Пустоты в кварце и других минералах, содержащие, жидкость и газовые пузырьки, были описаны Дэви и Брюстером; с генетической точки зрения они были детально изучены Сорби. По этому вопросу имеется обзор обширной литературы. Использование жидких включений в геологической термометрии основано на допущении, что пустоты наполнялись жидкостью при температурах и давлениях формирования несущих их минералов. Последние условия, а также состав раствора определяет степень наполнения или размеры содержащихся в них пузырьков. При нагревании включений жидкость, присутствующая в них, расширяется и в конечном счете заполняет всю пустотку. Температура, при которой это происходит, отвечает температуре образования включения при условии, что начальное давление не значительно превышало давление паров раствора. Если же это давление заметно больше, то пузырьки должны исчезать при температуре ниже температуры образования включений. Для оценки истинной температуры образования включений необходимо вводить поправки к наблюдаемой температуре гомогенизации включений, которые вычисляются на основании известных соотношений зависимости объема воды от давления и температуры и давлений, существовавших в момент образования включения, которые оцениваются по геологическим данным. Ошибки в таких расчетах определяются отклонениями состава жидкости включений от чистой воды. Кроме того, точность таких построений зависит от возможного выщелачивания вещества из включений, а иногда и от трудности отнесения включения к группе первичных или вторичных образований. Температура гомогенизации включений может быть определена оптическими методами. В целях геологической термометрии можно также пользоваться началом декрепитации (растрескивания). Методом изучения жидких включений были определены температуры образования кварца из разных местностей, колеблющиеся от 82 до 530°. Применяя эту методику, можно также изучать направление движения минералообразующих растворов.





Яндекс.Метрика