22.03.2021

Выявление седиментогенной природы пород докембрия по акцессорному циркону


Акцессорный циркон издавна привлекает к себе особенное внимание геологов. Это объясняется прежде всего его высокой информативностью, позволяющей решать многие геологические вопросы, причем нередко в тех случаях, когда иные подходы и методы оказываются малоэффективными. В последние годы исследования акцессорного циркона получают все более широкое развитие в применении к метаморфическим породам, в том числе докембрийским, испытавшим глубокий метаморфизм. Особенно часто циркон используется для восстановления первичной природы метаморфитов.

Развитие современных тонких методов исследования минеральных объектов позволяет более полно использовать потенциальные возможности циркона в познании генезиса содержащей его породы. Это касается, в частности, изучения топологии кристаллов с применением электронного микроскопа и состава индивидуальных зерен в связи с гетерогенностью их строения с помощью микрозонда. Существенное значение имеют также экспериментальное моделирование природных процессов, воздействующих на циркон в ходе его геологического существования, и использование данных по исследованиям динамики формирования осадочных образований.

Генетическая история кристалла, как правило, закодирована в нем. Признаки ее нередко удается «поймать» при детальных и высокоточных методах изучения морфологии и поверхности зерен. Вероятностно-статистический подход в исследованиях топологических особенностей под электронным микроскопом помогает восстановить генезис кристаллов и прожитую ими жизнь. Применение указанного метода к циркону и статистическое накопление данных по этому вопросу со временем позволит увереннее определять на его поверхности природу микроскульптур — наростов, выбоин, штрихов, борозд — и отвечать на вопрос, являются ли они продуктом кристаллизационного роста, растворения или механического воздействия. В перспективе вырисовывается принципиальная возможность выработки критериев различия борозд истирания, возникших в разных фациальных условиях осадкообразования, — эоловых, морских, речных — по тонким особенностям их морфологии и пространственному положению, а также выявлению кислотно-щелочных и температурных условий растворения поверхности кристаллов, что позволит, в частности, диагностировать циркон, прошедший стадию выветривания. Примеры таких работ уже имеются для кварца.

Большие возможности открывает микрозондовый метод изучения акцессорного циркона. Так, микропрофилирование от центра к краю зерен может помочь в выявлении наложенных на циркон процессов выветривания, которые пришлось ему испытать в дометаморфический период. В этом направлении получены обнадеживающие результаты. Предположение о понижении в цирконах содержания элементов-примесей в результате экзогенного воздействия было высказано при изучении поведения циркона в процессе выветривания пород. Оно находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными по растворимости циркона и было подтверждено исследованиями Ледента, установившими, что в цирконах из пляжных песков побережья Северной Америки содержание урана в несколько раз ниже концентрации этого элемента в цирконах из питающих эти пески кристаллических пород, что было признано следствием потери микроэлементов при транспортировке и выветривании.

Интересные результаты получены при детальном исследовании цирконов из парагнейсов, гранитов и мигматитов Южных Альп. С помощью микрозондирования было изучено в детритовых и недетритовых (связанных с мигматизацией) цирконах распределение U, Y, P, Ca и установлено более низкое содержание этих элементов в детритовых зернах (рис. 1). В этом отношении представляют интерес также данные по распределению некоторых элементов в цирконах из гренландских гранитов-рапакиви, полученные с помощью протонного микроанализатора. Вызвавший определенные затруднения в интерпретации характер кривых распределения Pb, U, Tl — повышенные содержания в каемке обрастания и в самом центре ядерной части и пониженные во внешней части ядра — может получить, в частности, логичное объяснение, если учесть возможное влияние гипергенного этапа существования детритового ядра на его краевую зону (рис. 2). Точно так же можно заметить снижение концентраций элементов-примесей в самой внешней части некоторых зерен — ядер в сравнении с внутренними их частями для цирконов чарнокитоидов, детально изученных А.А. Краснобаевым. У кривых содержаний U, Pb, Y, Hf на границе ядра с каемкой обрастания наблюдается перегиб, вызванный спадом концентрации этих элементов в пределах внешней части ядра шириной примерно 10—20 мки (рис. 3). Скачки содержаний на границе ядро— оболочка можно признать результатом слабой связи между ними, вероятным захватом чужеродного материала и сорбцией, однако, думается, не следует сбрасывать со счета возможность объяснения этого явления как результат консервации признаков воздействия экзогенной среды на непосредственно соприкасающуюся с ней поверхностную оболочку детритового зерна. Исходя из того, что циркон, несмотря на глубокий метаморфизм пород, нередко сохраняет топологические признаки влияния условий гипергенного этапа жизни, логично предположить возможность сохранения и обнаружения геохимических признаков этого этапа. Необходимо накопление материала по этому важному вопросу, которое позволит разработать геохимические критерии определения детритовой природы циркона. При этом представляется принципиально возможным по особенностям поведения микроэлементов во внешней зоне детритового зерна получать сведения о характере гипергенных процессов (гумидное или аридное выветривание, эоловый, морской или речной тип отложений и т. д.).

В связи с изложенным выявляется важность еще одного направления работ — экспериментального моделирования различных условий осадочного цикла существования циркона с целью изучения особенностей воздействия их на этот минерал. Пример такого рода исследований — экспериментальное изучение влияния дальности транспортировки на форму и округлость зерен тяжелых минералов, в том числе циркона, на основе использования искусственных смесей минералов с заранее изученными свойствами и аппаратурой, имитирующей перенос на различные расстояния (например, до 4500 км). Изменяя условия опытов, в принципе можно приблизить их к природным в разных фациальных обстановках: морской, речной, эоловой и т. д. При этом можно проводить опыты по имитации не только механических, но и физико-химических параметров тех или иных сред.

Представляется необходимым широкое использование результатов тонких исследований из области осадочной геологии, в частности, таких, как наблюдения над закономерностями пространственного распределения тяжелых минералов, в том числе циркона, в мелких стратификационных элементах, образующихся в различных фациальных и динамических условиях отложений. Примером этому может служить изучение особенностей распределения акцессорных минералов в песчаных валах морского генезиса на берегах Балтийского моря. К работам такого же плана относятся исследования с помощью электронного микроскопа тонких особенностей поверхности тяжелых минералов, сравнительно изученных из песков трех зон побережья: приливно-отливной, пляже-вой и дюнной. При этом получены (для кварца и магнетита) интересные результаты о том, что микроструктуры на минералах образуются не только механическим, но и химическим воздействием, причем в приливно-отливной зоне последнее даже преобладает, что заставляет по-новому оценивать роль химического фактора в тех случаях, когда зерна минерала, казалось бы, испытывают только механическую обработку.

Можно полагать, что определенные возможности получения дополнительной информации о генезисе и дальнейшей истории циркона таятся в генетическом направлении кристаллохимии минералов. Исследования минералов различного происхождения, моделирование процессов их образования позволяют выявить критерии их структурного типоморфизма и тем самым дают возможность судить о генетической истории минералов. Так, представляется вероятным, что влияние выветривания на внешние части зерен, улавливаемое геохимически, или первично-экзогенная природа циркона должны в определенной мере сопровождаться появлением некоторых особенностей структурного состояния вещества, что было отмечено еще С.К. Саксеной.

Помимо новейших методов исследования цирконов, продолжают активно функционировать традиционные методы и прежде всего метод изучения так называемой степени окатанности (удлиненности) его зерен. Этот критерий (отношение длины зерна l к ширине d) широко используется в практике геологических исследований — значения l/d, больше или меньше 2, являются показателем соответственно магматических и седи-ментогенных протолитов. На основании его рассмотрен генезис гранитогнейсовых комплексов во многих регионах мира. Однако работы последних лет, в том числе наших по Анабарскому щиту, показали, что данный критерий не является однозначным. Так, исследованиями акцессорного циркона из биотит-гранатового гнейса гранулитового комплекса Анабара выявлено, что изометричный и шаровидный циркон (l/d= 1-1,5) по своей природе является не окатанно-обломочным, а метаморфогенным. Установлены следующие доказательства этому: 1) присутствие внутри него затравочных ядер раннего циркона, вокруг которого с признаками нарастания развивается вещество изометричного зерна; 2) наличие обильных свежих, с сильным алмазным блеском мельчайших граней, в большинстве своем иррациональных, с установленными под электронным микроскопом признаками гранного роста (большое количество таких граней и придает зерну изометричный и шаровидный облик при обычных увеличениях); 3) присутствие включений тончайших иголочек метаморфогенного рутила в шаровидных зернах циркона; 4) прозрачность, чистота и свежесть этих зерен в отличие от циркона ядер; 5) выявленная пространственная связь изометричного циркона с некоторыми метаморфическими минералами (гранатом, биотитом).

В связи с этими данными следует отметить, что отдельные исследователи еще раньше высказали сомнение относительно возможности образования изометричных форм зерен в процессе окатывания призматических кристаллов, а также подчеркнуть мнение некоторых исследователей о том, что в условиях высоких давлений (в сочетании с высокой температурой) зерна новообразованного циркона приобретают изомегричную или почти шаровую форму. Широкое и «сквозное» развитие изометричного (шаровидного) циркона практически во всех породах гранулитового комплекса Анабарского щита, независимо от их состава и генезиса, сохранение при этом основных особенностей, а также анализ литературных данных, позволяют прийти к выводу о том, что метаморфогенный шаровидный циркон является типоморфным для гранулитовой фации метаморфизма.

Среди факторов, способствующих развитию изометричного циркона, помимо давления (в сочетании с температурой), существенное значение имеют также такие, как ремобилизационный источник цирконового вещества, а также количество и размерность затравочного материала. Изучение анабарских метаморфических пород гранулитовой фации показало, что источником материала для метаморфогенного циркона могли быть метастабильные популяции дометаморфического циркона и темноцветные минералы (в связи с их фазовыми переходами в процессе метаморфической эволюции пород), а также исходное, существенно глинистое цементирующее вещество, которое нередко обогащено тонким цирконовым детритом и цирконием, адсорбированным глинами.

При прочих равных условиях количество метаморфогенного изометричного циркона в породе будет находиться в прямой зависимости от, количества исходного циркона в породе, в первую очередь от мобильной его формы, количества цирконовых затравочных центров и в обратной зависимости от размерности затравочного материала. Чем мельче размерность раннего циркона, игравшего роль затравки, тем меньше требуется циркона для его обрастания и тем больше шансов на то, что эти цирконы испытают полную консервацию, которая является необходимым условием появления изометричных или шаровидных зерен на месте призматических кристаллов.

Важно отметить следующее обстоятельство, часто не учитываемое, но имеющее существенное значение при определении детритовой или синпетрогенной природы циркона. Как известно, для каждого минерала существует критический размер частиц, при котором их износ (окатывание) прекращается. Для минералов с плотностью 4—5, в том числе циркона, такой критический размер составляет 0,07 мм. Следовательно, при оценке «окатанности» зерен необходимо учитывать их величину. Так, детритовый циркон с размерностью менее 0,07 мм может сохранять морфологические топологические признаки магматического происхождения — тонкопризматический облик (удлинение до 3—5) и структуры граневого роста на поверхности зерна. Такой циркон, без учета его размерности, должен трактоваться как магматический, что должно приводить к ошибочному выводу о магматической первичной природе вмещающей его породы. Исходя из этого, целесообразно признать, что при попытке выявления седиментогенной первичной природы метаморфических пород на основе статистических данных по коэффициенту удлинения зерен циркона следует исключать фракцию размерностью менее 0,07 мм (или даже 0,1 мм — более приближенно, но с учетом обычно получаемых размерных фракций при обогащении пород). Это тем более необходимо, поскольку, как показало исследование метаморфических пород Анабарского щита, метаморфогенный циркон, образовавшийся в гранулитовой фации и характеризующийся изометричностью и шаровидностью, присутствует главным образом в этой мелкой фракции. В соответствии с критическим размером частиц циркона, подвергающихся механической обработке, присутствие изометричных (шаровидных) зерен его во фракции менее 0,07 мм само по себе уже противоречит возможности рассмотрения его в качестве детритового компонента.





Яндекс.Метрика