Записки Российского минералогического общества, 2020, T. 149, № 4, стр. 1-15
О минералогических исследованиях и использовании минералогической информации при решении проблем петро- и рудогенеза
п. чл. Ю. Б. Марин *
Санкт-Петербургский горный университет
109106 Санкт-Петербург, 21 линия, 2, Россия
* E-mail: yubmarin@yandex.ru
Поступила в редакцию 21.05.2020
После доработки 25.05.2020
Принята к публикации 17.06.2020
Аннотация
Глубокое проникновение кристаллохимии и физики минералов в минералогию, а также внедрение современных физических методов перевели минералогические исследования на качественно новый уровень. Обеспечив прогресс в познании конституции и свойств минералов, они несколько увели минералогию от решения ее фундаментальных задач – выведения минералогических закономерностей. С помощью новых методов сделано множество эффектных генетических расшифровок, но из-за незнания законов анатомии и онтогении минералов допущено и немало ошибок. Недостаточное внимание к исследованию зональности, секториальности, микро- и нановключений, межзеренных границ индивидов минерала исключает получение важной информации, отражающей его развитие, изменение, взаимоотношения с другими минералами, и ставит под сомнение достоверность сделанных выводов. Возникает необходимость вернуться к обсуждению правил получения и использования минералогенетической информации, места и последовательности минералогических исследований при решении проблем петро- и рудогенеза. Процессы петро- и рудогенеза реализуются в широких термодинамических и пространственно-временных границах, что приводит в появлению генераций минералов, стадийности, этапности, отражающихся в особенностях состава и строения минеральных индивидов и агрегатов. Рациональное исследование минералов при решении генетических проблем можно представить в виде многоступенчатого процесса установления последовательности образования минералов, выявления их индикаторных параметров, геохронологического датирования, реконструкции условий петро- и рудогенеза. Определяя круг минералов-индикаторов, важно учитывать их место в геологической эволюции исследуемого объекта. Важнейшее требование к отбору проб для исследования минералов-индикаторов и геохронометров – соответствие их свойств конкретным параметрам изучаемого объекта или процесса. Это обязательное условие надежной интерпретации генетической информации, получаемой в ходе минералогических исследований. Эффективное использование индикаторных свойств минеральных индивидов и агрегатов для решения генетических задач возможно лишь при условии системного подхода к исследованию объектов, точной пространственно-временной привязки определяемых параметров, надежность которой обеспечивается онтогеническим анализом с детальным изучением строения индивидов и агрегатов. Только опираясь на знание минерагенетических законов, методов онтогении и обоснованной последовательности их применения при исследовании минералов, появляется возможность эффективного использования полученных результатов при корреляции горных пород, определении генетического и формационного типа оруденения, индикаторов его масштабности, стадийности и т.д.
ВВЕДЕНИЕ
Минералогия – основа нашего знания о веществе Земли, а минералы являются элементарной частью горных пород и руд, определяя их химические и физические свойства. На базе исследования минералов создаются геотермометры, геобарометры, геоспидометры и геохронометры для анализа проблем петро- и рудогенеза. “Минералы – архивариусы истории горных пород, к ним мы должны обращаться за генетическими сведениями” (Tuttle, 1955, c. 306). Именно минералогия, систематически уточняя сведения о распространенности минеральных видов, особенностях их конституции и слагаемых ими минеральных агрегатов и выявляя геологические и физико-химические закономерности, обусловливающие эту распространенность, может прогнозировать новые виды минерального сырья, пути получения новых материалов и новых процессов их создания, не применяемых современными технологиями.
Глубокое проникновение кристаллохимии и физики минералов в минералогию, а также внедрение современных физических методов перевели минералогические исследования на качественно новый уровень. Обеспечив значительный прогресс в познании конституции и свойств минералов, они вместе с тем несколько увели минералогию от решения своих фундаментальных задач, т.е. выведения минералогических закономерностей. С помощью новых, в основном физических, методов сделано множество эффектных генетических расшифровок, но из-за незнания законов анатомии и онтогении минералов допущено и немало ошибок и упрочилось представление о минералогии как прикладной дисциплине, базирующейся к тому же на методах других наук. Сейчас особенно остро стоит проблема корректной интерпретации получаемых прецизионных аналитических данных, поскольку недостаточное внимание к исследованию зональности, секториальности, микро- и нановключений, неотъемлемых особенностей природного минерала, границ его индивидов, исключает получение принципиально важной информации, отражающей его развитие, изменение, взаимоотношения с другими минералами, и ставит под сомнение достоверность сделанных выводов.
Нередки случаи неоправданной подмены минералогических исследований формальным сбором образцов с последующим определением современными методами их химических и физических свойств – в предположении, иногда агрессивно и свысока защищаемом, что именно этот путь ведет к получению наиболее надежной информации о петро- и рудогенезе. Усиливается впечатление, что многие исследователи не только не знают знаменитое выражение Ф.Дж. Петтиджона “Нет ничего более отрезвляющего, чем обнажение”, но и не видели (тем более не изучали) обнажений тех объектов, о происхождении которых пишут, и не считают заслуживающим внимания остроумный афоризм известного канадского геолога и геохимика Д.М. Шоу “Образец берется не столько с помощью молотка, сколько с помощью ума” (Шоу, 1969, с. 19).
А между тем, еще В.С. Соболев писал в своей знаменитой книге “Введение в минералогию силикатов” (1949, с. 222): “Изучение свойств минералов должно производиться не разобщенно и не как самоцель, а во взаимосвязи со всей историей минералов и всегда с учетом конечной задачи расшифровки всей истории данного минерального комплекса как геологического объекта”. Необходимость “геологизации” минералогии подчеркивал Н.П. Юшкин (1999), на пороге нового тысячелетия писавший “Если в предыдущем тысячелетии произошло становление минералогии как фундаментальной науки, ее дифференциация, то в третьем тысячелетии произойдет синтез минералогического знания, геологизация минералогии…” и неоднократно повторявший это позже на совещаниях 2000–2008 гг.
В последние годы в отечественных и зарубежных журналах резко возросло количество статей, решающих проблемы петро- и рудогенеза на основе прецизионного исследования отдельных минералов с использованием самых современных методов и аппаратуры. Многие из них насыщены огромным аналитическим материалом, и, вместе с тем, лишены внятной геологической и минералого-петрографической характеристики изучаемого объекта и пространственно-временной привязки определяемых параметров на всех уровнях исследования этих минералов.
Именно поэтому возникает необходимость напомнить, что образование минерала – одно из событий истории геологического объекта, а отдельные фрагменты этой истории, записанные, по выражению Д.П. Григорьева (1998), на “крепком фундаменте окаменевших реакций”, могут быть реконструированы путем онтогенического анализа минеральных индивидов и агрегатов (Жабин, 1979; Павлишин и др., 1988; Краснова, Петров, 1999; Попов, 2011), и снова вернуться к обсуждению правил получения и использования минералогенетической информации (Гинзбург и др., 1981; Марин, 1981, 1988; Юшкин, 1982), места и последовательности минералогических исследований при решении проблем петро- и рудогенеза. Необходима своеобразная реставрация геологического начала и обязательное использование онтогенического подхода (а не только обширного арсенала современных методов) при проведении минералогических исследований.
О МЕТОДОЛОГИЧЕСКОМ ПРИНЦИПЕ СОВРЕМЕННОЙ МИНЕРАЛОГИИ
Важный методологический принцип современной минералогии, заложенный работами Д.П. Григорьева, А.Г. Жабина, В.И. Павлишина, В.А. Попова, Б.В. Чеснокова, Н.П. Юшкина, заключается в понимании минерала как совокупности конкретных индивидов, каждый из которых представляет собой своего рода организм, являющийся элементом сложных геологических систем. Особенностью возникновения природного минерала является формирование в многокомпонентной геохимической обстановке, меняющейся в ходе длительного существования минералообразующей среды под воздействием множества факторов. Именно поэтому характерной чертой минерала является структурно-химическая неоднородность, формирующаяся на протяжении всей истории его существования. Образование любого элемента кристалла является результатом одного из событий этой истории (Григорьев, 1961; Григорьев, Жабин, 1975; Юшкин, 1977, 1982, 1985; Попов, 2011). Именно поэтому история индивида отражается в последовательности формирования и характере взаимоотношения неоднородностей минерала, а минеральные индивиды и образуемые ими агрегаты являются источниками генетической информации – “Минералы являются единственными свидетелями и летописцами своей истории” (Юшкин, 1977, с. 4). Современные возможности позволяют перейти к абсолютной хронологии онтогенеза путем локального исследования радиогенных изотопов в различных частях кристаллов (Попова, 1995; Donald et al., 2003; Попов, 2007; Каулина, 2010; и др.).
Любой природный минеральный индивид обладает чертами структурно-химической неоднородности, проявленной в индивидуальном распределении и взаимоотношении структурированных изоморфных и неизоморфных химических примесей, фазовых, флюидных и расплавных включений и отражающей многокомпонентный состав и термодинамические условия материнской геологической системы на всех стадиях ее эволюции (Алексеев, Марин, 2012).
Все индивиды природного минерала состоят из матрицы минерала-хозяина и заключенных в ней микровключений минералообразующей среды и минеральных фаз, имеющих прото-, син- и эпигенетическую природу (Ермаков, 1972; Григорьев, Жабин, 1979; Петровская, 1980; Сидоренко, Ляхович, 1983; Реддер, 1987; Краснова, Петров, 1997; Попов, 2007, 2011; Logvinova et al., 2008; Юшкин, Асхабов, 2007; Logvinova et al., 2008; Cook et al., 2009; Malaspina et al., 2009; Каулина, 2010; Алексеев, Марин, 2018 и многие другие). Микроминералы находятся в закономерных связях с изоморфными примесями, входящими в состав матрицы, образуя в ней своего рода микропарагенезисы (Ляхович, 1967; Юшкин, 1977; Сидоренко, Ляхович, 1983; Типоморфизм, 1989; Алексеев, Марин, 2012, 2014). К еще большему увеличению неоднородности индивида ведет формирование в области его кристаллизации наноиндивидов (Юшкин, Асхабов, 2007) и наноразмерных структурных кластеров (Урусов и др., 1997; Таусон, 1999).
Матрица индивида обладает собственной неоднородностью – зональностью, секториальностью, дефектами структуры, наноразмерными структурными кластерами (Григорьев, 1971; Попова, 1995; Краснова, Петров, 1997; Zircon, 2003; Попов, 2007, 2011; Götze, 2009; Алексеев, Марин, 2012). Последующие явления жизни кристалла – растворение, регенерация, метасоматоз, деформация, распад твердого раствора – приводят к усложнению его строения (Павлишин и др., 1988; Краснова, Петров, 1997; Попов, 2011; Алексеев, Марин, 2012, 2018; Бродская, Марин, 2016).
Вещественная неоднородность индивида иерархична: зональность-секториальность матрицы обычно является элементом макростроения (>100 мкм); включения, структурные блоки в основном принадлежат к микромиру (0.1–100 мкм), а точечные структурно-химические дефекты и предельно малые индивиды – объекты наноминералогии (0.001–0.1 мкм). При специализированных детальных исследованиях методически правильна такая последовательность их онтогенического анализа: агрегат – индивид – микронеоднородность индивида – нанонеоднородность индивида.
Химическая неоднородность выступает как самостоятельный двигатель развития кристалла, приводя к саморазвитию дефектов в виде кластеризации, гетерометрии, автодеформации и других явлений (Краснова, Петров, 1997; Пунин, Штукенберг, 2008). Появление неизоморфной микропримеси в кристаллической решетке не всегда ведет к образованию минеральной фазы-включения. Захваченные и диффундирующие примесные атомы образуют “облака” вокруг дефектов кристаллической матрицы – атмосферы Котрелла и Сузуки, зоны Гинье–Престона и т.п. В случае эндокриптии предел вхождения микроэлемента в минерал не является при заданных РТ-параметрах постоянной величиной, а зависит от условий образования конкретного кристалла и характера возникающих в нем дефектов, что обусловливает отклонение поведения микроэлементов от закона Генри с резким повышением их коэффициентов распределения (Таусон, 1999). Это означает возможность изменения состава минерала в процессе его роста вследствие изменения характера дефектов и концентрации примесей, появление возможности аномального концентрирования микропримесей вплоть до формирования дисперсной промышленной рудной минерализации (“эффект улавливания” – Урусов и др., 1997).
Для выявления структурно-химической неоднородности минеральных индивидов и установления возрастных соотношений между ними и матрицей необходимо учитывать законы и принципы топологической структуры времени в минеральном объекте (Павлишин и др., 1988): послойного наращивания минерального вещества, принцип нарушенного целого, принцип трансформации. Активно используются при изучении структурно-химических неоднородностей кристаллохимические законы и правила (Урусов, 1987; Урусов и др., 1997): закон Гаюи, основной закон кристаллохимии Гольдшмидта, закон симметрии Федорова–Грота, правило ионных радиусов Магнуса–Гольдшмидта, правила строения ионных кристаллов Полинга, закон диагоналей Гольдшмидта–Ферсмана и др.
Локальные методы (электронная микроскопия высокого разрешения, электронно-, протонно- и ионнозондовый рентгеноспектральный микроанализ, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией, оптическая, люминесцентная, электронная и ядерная магнитная, мёссбауэровская спектроскопия и др.) позволяют проводить исследования отдельных зерен и их частей, в ряде случаев in situ. Последнее особенно важно, учитывая генетическую информацию, которую несут границы, краевые зоны кристаллов и характер их взаимоотношений с другими индивидами. На каждой стадии процесса минералообразования возникает соответствующий ей “отклик” в системе кристаллизации – минеральная генерация. Генерации индивидов при их агрегации не могут быть равновесны друг с другом. Их границы аккумулировали разные количества энергии, поскольку зарождались и росли на разных этапах развития процесса.
Граница минерального индивида может “открыть индивид” для его разрушения (растворения) или роста, может взять на себя функции сохранения объема зерна в зависимости от условий формирования. При достаточном “энергетическом толчке” извне происходит не только миграция границ, но и аннигиляция дефектов, поток энергии из кристалла к его границам. При этом из решетки высвобождаются атомы элементов-примесей, изоморфных элементов. Одновременно с аннигиляцией дефектов и потоком энергии к границам зерен перемещаются ионы элементов, находящихся в дислокациях решетки. В процессе релаксации структуры одного минерала может зародиться другой, индивиды которого могут остаться в рассеянном состоянии или обнаружить способность к агрегации. Таким образом, минеральный агрегат, формируясь в меняющихся во времени условиях и приспосабливаясь к кинетике процесса на макроуровне своими внутренними границами, оставляет память об этом процессе в своем строении (Бродская, Марин, 2016).
О МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, ВЫЯВЛЕНИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРОВ ПЕТРО- И РУДОГЕНЕЗА
Процессы петро- и рудогенеза реализуются в широких термодинамических и пространственно-временных границах, что выражается в появлении генераций минералов, стадийности, этапности и др., отражающихся в особенностях состава и строения минеральных индивидов и агрегатов. Рациональное исследование минералов при решении генетических проблем можно представить в виде многоступенчатого процесса установления последовательности образования минералов, выявления их индикаторных параметров, геохронологического датирования, реконструкции условий петро- и рудогенеза.
Определяя круг изучаемых минералов-индикаторов, следует уточнять их место в геологической эволюции исследуемого объекта. Важнейшее требование к отбору проб для исследования минералов-индикаторов и геохронометров – соответствие их свойств конкретным параметрам изучаемого геологического объекта или процесса, для чего необходимо выяснение геодинамической позиции объекта, минералого-петрографическое изучение пород, выяснение геологической истории объекта и привязка минеральных парагенезисов к конкретным этапам и стадиям его эволюции. Это обязательное условие надежной интерпретации генетической информации, получаемой в ходе специализированных минералогических исследований.
Проведение минералогических исследований с анализом полученных данных необходимо как на уровне минеральных индивидов, так и минеральных видов. Это два разных, взаимодополняющих пути получения информации, в том числе и генетической, причем разного рода, что неоднократно подчеркивал Д.П. Григорьев (1998): в первом случае – онтогенической о способе образования, генезисе минералов, во втором – об их происхождении (геологических процессах формирования) и особенностях филогенеза. Так, утверждения о конвергенции и конвергентных минералах (Гинзбург и др., 1981) возникают лишь при исследовании на уровне минеральных видов, тогда как переход на онтогенический уровень изучения индивидов по мере его детализации всегда позволяет отвергнуть представления о конвергенции. Противопоставление двух путей и следование лишь по одному из них ущербно при создании общей картины минералообразования. Неконструктивность такого подхода проявилась в ходе дискуссий по расшифровке понятия “генетическая минералогия” (Жабин, 1978, 1989; Барабанов, 1979; Гинзбург, 1983).
Традиционно в минералогии выявление индикаторов петро- и рудогенеза идет от эмпирики, но развивается и метод теоретического прогнозирования с анализом процессов минералообразования и того, как они могут быть отражены на породном и минеральном уровнях и с помощью каких методов выявлены, т.е. теоретический выход на индикаторы петро- и рудогенеза. Возможность реализации такого подхода базируется на существовании ряда законов, правил и зависимостей (Григорьев, 1961; Шоу, 1969; Перчук, Рябчиков, 1976; Юшкин, 1977; Урусов, 1987; Марин, 1988; Урусов и др., 1997; Кривовичев, 2003; Никитина, Кривовичев, 2003; Shaw, 2006; Иванов, 2015). Кратко напомним некоторые из них.
Закон минералогического резонанса, в соответствии с которым любое изменение среды минералообразования вызывает изменения в конституции (нередко и в морфологии) минерала и любое изменение минерала отражается изменением минералообразующей среды. Взаимодействия минерала и минералообразующей среды многообразны: энергетические; вещественные, обеспечивающие поступление вещества из среды в индивид и его рост или, наоборот, удаление вещества в среду и разрушение индивида; информационные, с передачей особенностей структурной организации вещества от среды к минералу и обратно. На границе минерального индивида и минералообразующей среды в результате их взаимодействия возникает особая структурная область, где и развиваются все формы взаимодействия минерала и среды (“дворик кристаллизации”). Даже в случае только энергетического обмена, развивающиеся в минерале процессы вызывают в нем трансформационные превращения (полиморфные переходы, метамиктный распад, распад твердых растворов и др.), протекающие с увеличением или уменьшением объема и соответствующим воздействием на среду. В ходе изменений минералообразующей среды минерал стремится приспособить свои параметры к параметрам среды, что сохраняет его устойчивость в определенном интервале изменения параметров среды, в его своего рода “экологической нише”.
Закон обязательного наличия генетической информации в минерале, утверждающий, что у любого минерала можно найти признаки его былой связи с минералообразующей средой (включения вещества среды, негативные формы, оставшиеся от растворившихся минералов-соседей и др.). Поскольку конституционные особенности и свойства минералов определяются генезисом, они являются носителями генетической информации, полнота извлечения которой определяется уровнем исследований.
Закон инерционности или существования минералогической памяти, утверждающий, что в любом минерале заложена потенциальная возможность противодействовать разрушающему влиянию внешних воздействий и инерционно сохранять какую-то генетическую информацию. Именно она, сохраняющаяся в процессе изменения минерала, и рассматривается как минералогическая память. Можно говорить о разных формах ее проявления – изотопной, структурной, магнитной, морфологической и т.д. Накоплены многочисленные примеры выявления различных видов минералогической памяти, наиболее яркие из которых получены при исследовании псевдоморфоз.
Законы изоморфизма, действующие в строго определенных термодинамических условиях и определяющие широкое развитие в минералах структур распада и явлений микронеоднородности, используемых в качестве показателей условий образования минералов. Знание закономерностей изменения состава в изоморфных сериях минералов позволяет по составу определять их место в ходе развития процессов минералообразования.
Закон фазового соответствия минеральных парагенезисов, являющийся основой создания многочисленных геотермометров и геобарометров.
Коэффициенты распределения элементов-примесей между кристаллами и расплавом, флюидом или раствором, способствующие выявлению условий формирования магматических и метасоматических пород, оценке их потенциальной рудоносности.
Закономерности изменения упорядоченности кристаллических структур минералов в зависимости от термодинамических параметров, способствующие уточнению условий образования минералов.
Кристаллографические закономерности, связывающие преимущественное развитие габитусных форм с условиями образования минералов и т.д.
Для восстановления условий образования и истории развития минералов на различных уровнях организации – от минерального индивида до минеральных и породных видов, выявляют индикаторные параметры минералов, отражающие условия их возникновения и тенденции эволюции с последующей интерпретацией полученных минералогенетических данных. Целью интерпретации данных о составе и строении минералов из различных пород является генетическая реконструкция изучаемых объектов с восстановление полной последовательности определяющих их историю событий. Процесс реконструкции состоит из восстановления условий зарождения и развития индивидов минералов и восстановления минералогенеза каждого минерала как минерального вида. Экстраполяция полученных при изучении минерала данных на “материнский” объект (заключение о генезисе породы, месторождения и т.п.) должна производиться с соблюдением принципа соответствия уровней изученного объекта и того, на который распространяются полученные результаты, требуя ясного представления о месте минерала в истории формирования “материнского” объекта и высокой научной квалификации.
На первом этапе основным методом является онтогенический анализ на основе изучения морфологии и внутреннего строения индивидов и возрастных взаимоотношений между ними (Павлишин и др., 1988). Осуществляются синхронизация и возрастная корреляция пространственно разобщенных индивидов минералов или элементов их анатомии, выделяются зарождения и генерации минерала, создаются эволюционные минералогенетические ряды.
Ключевой является задача синхронизации пространственно разобщенных минералогенетических явлений. Ее решение сводится к поискам таких событий, которые отражались бы одинаковыми изменениями в конституции различных минералов, к поискам синхронных реперов. Наиболее часто при этом используются диаграммы последовательности кристаллизации минералов, построенные с учетом условий их существования. Надежность хронологических корреляций по полям существования минералов значительно повышается, если учитывать типоморфные особенности, позволяющие синхронизировать минералы одной и той же генерации. Синхронные реперы можно найти в составе индивидов, зональности, распределении включений и в других особенностях строения. Реальность такой синхронизации минералогенетических событий подтверждена на практике (Юшкин, 1982; Попов, 2011), требуя комплексного подхода с использованием широкой совокупности критериев. Количественную же оценку одновременности (синхронности) с определением времени совершения двух или более событий дают только радиологические методы, особенно позволяющие определять содержания радиогенных изотопов в различных частях кристаллов, создавая тем самым возможность реконструкции истории индивидов (Попова, 1995; Попов, 2011). Поскольку природные геологические объекты часто являются полихронными, испытавшими воздействие разновременных наложенных процессов, необходима расшифровка последовательности процессов эволюции минерала с выделением генераций. Возраст минерала и содержащей его породы могут не совпадать, поэтому необходимо обоснование их сингенетичности.
Хронометрию осуществляют исследованием изотопных соотношений: U-Pb в цирконе, монаците, уранините, титаните магматитов и метаморфитов, U-Pb, Sm-Nd, Lu-Hf – в гранатах метаморфитов, Re-Os в молибдените, Pb-Pb в галените, U-Th-He в золоте гидротермалитов и др. (Оптимальный выбор…, 2007). Наиболее часто для целей геохронологии используются акцессорные циркон, уранинит, монацит, бадделеит, реже (менее пригодны) алланит, тантало-ниобаты, апатит, минералы группы перовскита. Достоверность и точность получаемых датировок определяется, прежде всего, замкнутостью системы, содержащей радиоактивные и радиогенные изотопы, в ходе истории исследуемого объекта. Поэтому при интерпретации геохронологических данных необходима оценка степени замкнутости системы минерала-геохронометра и разработка способов учета и компенсации нарушения этого условия.
Подчеркнем объективные трудности геохронологического анализа. Одна из них в расхождении продолжительности роста минералов-геохронометров (десятки тысяч – миллионы лет) и длительности тектоно-магматических и метаморфических этапов (десятки–сотни миллионов лет), в ходе которых возникают содержащие эти минералы породы, другая – в нарушении исследуемых изотопных систем вследствие метаморфических и гидротермальных преобразований минералов. Так, полученные во многих регионах в ходе государственной геологической съемки результаты датирования свидетельствуют, что попытки корреляции магматитов и метаморфитов, решения спорных вопросов с помощью изотопных методов приводят к получению различных датировок для одних и тех же объектов, несоответствию полученных датировок геологическим данным и др. Выявились наиболее обычные причины возникновения аналитических артефактов U-Pb возраста, среди которых наличие в области зондирования минералов-геохронометров: зон с включениями урановых фаз; метамиктных зон; зон с трещинами, способствующими выносу радиогенного Pb; мелких зерен, требующих уменьшения сечения ионного пучка со снижением точности оценки содержания изотопов; краевых зон с аномальными геохимическими характеристиками.
При выработке минералогических критериев целесообразно различать критерии, основанные на непосредственно наблюдаемых признаках (статический тип систем) и выводимые из них и относящиеся к реконструируемым (ретроспективный тип систем). Это важно, в частности, потому, что часто не разграничиваются особенности конституции минералов, возникшие в период кристаллизации, и обусловленные более поздними процессами. Это не обеспечивает полноценного использования их индикаторной роли в познании генезиса, что, например, было показано в серии публикаций по исследованию метаморфизма минералов (Руденко и др., 1978; Руденко, 1981).
Статический тип систем имеет вещественный и пространственный аспекты исследования, ретроспективный – временной, физико-химический, эволюционный. Элементы статической системы – индивиды и агрегаты, элементы ретроспективной – процессы минералообразования и преобразования. Нередки утверждения, что построения ретроспективных систем излишни при решении прогнозно-поисково-оценочных задач. С этим трудно согласиться и можно повторить вслед за Ю.А. Косыгиным, что гипотезы, основанные на ретроспективных реконструкциях, эффективны и при построении прогнозных моделей и решении практических задач. При теоретическом подходе с использованием моделирования возможен выход сразу на причинные связи, отбор из множества случайных действительно типоморфных признаков и прогнозирование новых. С этих же позиций перспективно выявление консервативных и мобильных минералов и особенностей их конституции и свойств с созданием системы взаимосогласованных поисково-оценочных признаков, основанных на взаимосвязанных типоморфных свойствах парагенных минералов.
Любой минерал содержит генетическую информацию только о тех событиях, которые оказывали влияние на его формирование. Важным вопросом интерпретации результатов исследования минералов является вопрос о снятии “шума” – разделении информации и дезинформации. Возможность такого разделения определяется объективными и субъективными факторами. Среди объективных факторов – многообразие минеральных индикаторов изучаемого явления; автономность индикаторов, допускающая стирание первичной информации на одних уровнях и сохранение на других; действие закона инерции, обусловливающего запаздывание в стирании первичной информации, по сравнению с действием разрушающих процессов. Распространенным способом расшифровки генетической информации в присутствии “шума” является получение избыточной информации путем: многократного повторения исследования одного и того же качества на большом количестве индивидов; исследования многих качеств индивида при определении его генезиса, исследования различных индивидов при выяснении генезиса минерального вида; исследования на разных иерархических уровнях (часть индивида–индивид–агрегат).
На первых этапах исследований необходимо в зависимости от поставленной задачи определить виды индикаторных параметров (анатомия индивидов; взаимоотношения с другими минералами; морфология границ; параметры решетки; микро- и нановключения; концентрации конституционных, изоморфных и примесных элементов, изотопов) и опорный уровень информации о минерале (наноуровень – микроуровень включений в индивидах, частей индивидов, индивидов – макроуровень агрегатов).
Хотя в принципе любое свойство минерала содержит информацию о любом параметре минералогенетической среды, возможности расшифровки минералогенетической информации с использованием конкретных индикаторных параметров существенно различаются. По точности оценки индикаторы можно разделить на качественные, дающие общее представление о генетической природе минерала, и количественные, дающие достаточно точную оценку минералогенетических процессов. Среди качественных индикаторов: морфология индивидов; морфология границ индивида; взаимоотношения с другими минералами; анатомия индивидов; особенности структуры (дефекты, политипия и т.п.); наличие микро- и нановключений; их парагенетическая ассоциация; среди количественных: размер индивидов и элементов их строения; размеры микро- и нановключений; параметры решетки; концентрации конституционных, изоморфных и примесных элементов, изотопов; спектральные характеристики. Для оценки индикаторных параметров вводят показатели: норма, чувствительность и емкость реакции (Юшкин, 1977). Высокую точность интерпретации обеспечивают параметры с высокой чувствительностью реакции. При широких колебаниях условий минералогенеза интересны параметры с большой емкостью реакции, среди них качественные индикаторы (морфология, парагенезисы и др.) и физические параметры (спектральные характеристики). В составе измеряемого параметра из-за недостатков применяемой техники, аналитической методики и операций расчета индикатора возможно появление “паразитной” информации.
Способность минеральных индивидов отражать в особенностях своего состава, морфологии, структуре, кристаллохимии, физических свойств, микровключений, продуктов изменения различные геологические и физико-химические условия, в которых протекали процессы минералообразования и последующего преобразования минералов, получила название типоморфизма минералов. Созданное А.Е. Ферсманом учение о типоморфизме было развито отечественными учеными во второй половине прошлого века и стало одним из ведущих направлений развития минералогии (Гинзбург и др., 1981; Руденко, 1981, 1989; Юшкин, 1982, 1985; Юргенсон, 1984; Типоморфизм, 1989; Эшкин, 1989; Марин и др., 1990; Гавриленко, Панова, 2001; и др.). Типоморфический анализ позволяет получить обобщенное представление о генезисе геологического объекта путем сопоставления его параметров с характеристиками эталонных объектов. Этот анализ требует изучения широкого комплекса признаков на большом количестве индивидов и привлечения методов математической статистики для сопоставления и типизации генетически родственных совокупностей минералов. Следует заметить, что при использовании представлений о типоморфизме минералов нередко не учитывают законы анатомии кристаллов, в соответствии с которыми при росте минерала происходит разделение элементов и их изотопов гранями разных простых форм, вплоть до появления разных минеральных видов в одном индивиде (Попова, 1995, Попов, 2011). Естественно, что возникновение различающихся по составу (и свойствам) зон и пирамид роста необходимо учитывать при анализе минералообразования, имея в виду и геотермобарометрию, и оценку радиологического возраста минералов.
На основе изучения типоморфизма минералов решается широкий круг вопросов генетической, поисковой и технологической минералогии: определение PT-параметров и химизма процессов минералообразования, оценка кислотности–щелочности и окислительно-восстановительных условий минералообразующей среды, установление стадийности минералообразования, расчленение, корреляция и оценка потенциальной рудоносности магматических, осадочных и метаморфических комплексов, определение генетического и формационного типа оруденения, оценка уровня эрозионного среза рудных тел и масштабности оруденения, прогноз технологических свойств и поведения минералов в процессах технологической переработки руд и концентратов и т.д. Анализ огромного фактического материала позволил наметить ряд предпосылок для практического использования типоморфизма минералов в геологосъемочной и поисково-оценочной практике (Гинзбург и др., 1981; Марин, 1981, 1988; Руденко, 1981; Юшкин, 1982; Типоморфизм, 1989; Эшкин, 1989; и др.):
1. Минерал, образующийся и существующий в близких условиях, независимо от своего места нахождения, будет иметь сходные особенности морфологии, конституции и свойств (основание минералогической корреляции горных пород при геолсъемке).
2. Одни и те же минералы из месторождений разных типов имеют определенные различия морфологии, конституции и свойств (индикаторы генетического и формационного типа месторождений).
3. Генерации минерала, возникшие на разных стадиях формирования месторождения, закономерно различаются между собой (индикаторы стадийности оруденения, по которым выделяются продуктивные и безрудные стадии).
4. В пределах образований одной стадии одни и те же минералы закономерно изменяют свои характеристики по латерали и вертикали (индикаторы зональности).
5. Одни и те же минералы из рудных и безрудных зон проявляют определенные различия (показатели рудоносности).
6. Существуют признаки, позволяющие различать однотипные минералы из рудопроявлений и крупных и суперкрупных месторождений (индикаторы масштабности оруденения).
7. Породообразующие и жильные минералы, сопутствующие оруденению, приобретают характерные черты внешнего облика, состава и структуры (индикаторы оруденения).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эффективное использование индикаторных свойств минеральных индивидов и агрегатов для решения комплекса генетических задач возможно лишь при условии системного подхода к исследованию геологических объектов, точной пространственно-временной привязки определяемых параметров на всех уровнях исследований, надежность которой обеспечивается на основе онтогенического анализа с детальным изучением внутреннего строения минеральных индивидов и агрегатов.
Комбинируя полученные онтогенические, химические, структурные и морфологические признаки, получают сведения о составе материнской среды, о возрасте кристаллизации и наложенных процессов (U-Pb, Rb-Sr, Sm-Nd, Lu-Hf, Re-Os геохронометрия); температуре кристаллизации; источнике вещества, истории магматизма, метаморфизма и метасоматизма (Hf, O изотопия, геохимия Y и REE) и т.д. Только опираясь на знание минерагенетических законов, законов анатомии, методов онтогении и обоснованной последовательности их применения при исследовании минералов, появляется возможность говорить и об эффективном использовании полученных данных при корреляции горных пород, определении генетического и формационного типа оруденения, его масштабности, стадийности, зональности и т.д. Максимально полное (при разумном соблюдении принципа необходимости и достаточности) использование достижений в реконструкции истории конкретных минеральных индивидов и агрегатов с получением их разнообразных индикаторных характеристик и системный анализ этих данных (Марин, 1988) – залог создания рационального эффективного комплекса поисково-оценочных признаков рудоносности геологических образований.
Список литературы
Алексеев В.И., Марин Ю.Б. Структурно-химическая неоднородность природных кристаллов и микрогеохимическое направление в онтогении минералов // ЗРМО. 2012. № 1. С. 3–21.
Алексеев В.И., Марин Ю.Б. Состав и эволюция акцессорной минерализации литий-фтористых гранитов Дальнего Востока как индикаторы их рудоносности // ЗРМО. 2014. № 6. С. 1–16.
Алексеев В.И., Марин Ю.Б. Вариации состава минералов группы пирохлора в онгонитах и цвиттерах Верхнеурмийского массива (Дальний Восток) // ЗРМО. 2018. № 2. С. 65–79.
Барабанов В.Ф. К вопросу о том, “Что же такое генетическая минералогия?” (Ответ А.Г. Жабину) // ЗВМО. 1979. № 4. С. 494–499.
Бродская Р.Л., Марин Ю.Б. Онтогенический анализ на микро- и наноуровне минеральных индивидов и агрегатов для реставрации условий рудообразования и оценки технологических свойств минерального сырья // Записки Горного института. 2016. Т. 219. С. 369–376.
Гавриленко В.В., Панова Е.Г. Геохимия, генезис и типоморфизм минералов месторождений олова и вольфрама. СПб: Невский курьер, 2001. 260 с.
Гинзбург А.И. Генетическая минералогия – задачи и проблемы / Проблемы кристаллохимии и генезиса минералов. Л.: Наука, 1983. С. 14–20.
Гинзбург А.И., Кузьмин В.И., Сидоренко Г.А. Минералогические исследования в практике геологоразведочных работ. М.: Недра, 1981. 236 с.
Григорьев Д.П. Онтогения минералов. Изд. Львовск. ун-та, 1961. 284 с.
Григорьев Д.П. О законах анатомии кристаллов // Кристаллография. 1971. Т. 16. Вып. 6. С. 1226–1229.
Григорьев Д.П. Рассуждения о минералогии. Сыктывкар: Геопринт, 1998. 88 с.
Григорьев Д.П., Жабин А.Г. Онтогения минералов. Индивиды. М.: Наука, 1975. 340 с.
Ермаков Н.П. Геохимические системы включений. М.: Недра, 1972. 376 с.
Жабин А.Г. Что же такое генетическая минералогия? // ЗВМО. 1978. Вып. 5. С. 620–622.
Жабин А.Г. Онтогения минералов. Агрегаты. М.: Наука, 1979. 279 с.
Жабин А.Г. Минеральный индивид как организм, как морфопроцесс: историческая методология / Теория минералогии. Л.: Наука, 1988. С. 27–33.
Иванов О.К. Законы минералогии. История и типизация / Онтогения, филогения, системы минералогии. Материалы Всероссийской научной конференции. Миасс, 2015. С. 13–20.
Каулина Т.В. Образование и преобразование циркона в полиметаморфических комплексах. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2010. 114 с.
Краснова Н.И., Петров Т.Г. Генезис минеральных индивидов и агрегатов. СПб: Невский курьер, 1997. 228 с.
Кривовичев В.Г. Физико-химическое моделирование поведения микроэлементов в природных системах. СПб: Изд-во СПбГУ, 2003. 84 с.
Ляхович В.В. Акцессорные минералы в гранитоидах Советского Союза М.: Наука, 1967. 448 с.
Марин Ю.Б. Рациональное использование минералогических критериев при оценке редкометальной рудоносности гранитоидных массивов / Минералогические критерии оценки рудоносности. Л.: Наука, 1981. С. 63–72.
Марин Ю.Б. Теоретический и эмпирический подходы в минералогии / Теория минералогии. Л.: Наука, 1988. С. 15–20.
Марин Ю.Б., Скублов Г.Т., Гульбин Ю.Л. Минералого-геохимические критерии локального прогнозирования редкометальных месторождений / Минералогическое картирование и индикаторы оруденения. Л.: Наука, 1990. С. 67–94.
Никитина Л.П., Кривовичев В.Г. Межфазовые равновесия в минеральных системах и геотермобарометрия. СПб: Изд-во СПбГУ, 2003. 97 с.
Оптимальный выбор методов изотопно-геохронологических и изотопно-геохимических исследований. СПб: Изд-во ВСЕГЕИ, 2007. 48 с.
Павлишин В.И., Юшкин Н.П., Попов В.А. Онтогенический метод в минералогии. Киев: Наукова думка, 1988. 118 с.
Перчук Л.Л., Рябчиков И.Д. Фазовое соответствие в минеральных системах. М.: Недра, 1976. 287 с.
Петровская Н.В. Неоднородность минералов – один из важнейших вопросов современной минералогии / Неоднородность минералов и рост кристаллов. М.: Наука, 1980. С. 3–10.
Попов В.А. Онтогения минералов и парадигмы минералогии // Уральский геологический журнал. 2007. № 5. С. 61–66.
Попов В.А. Практическая генетическая минералогия. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 167 с.
Попова В. И. Нейтронно-активационная радиография минералов. Миасс: ИМин УрО РАН, 1995. 188 с.
Пунин Ю.О., Штукенберг А.Г. Автодеформационные дефекты кристаллов. СПб: Изд-во СПГУ, 2008. 318 с.
Реддер Э. Флюидные включения в минералах. Т. 1. М.: Мир, 1987. 560 с.
Руденко С.А. Генетические основы минералогических методов поисков и разведки полезных ископаемых / Минералогические критерии оценки рудоносности. Л.: Наука, 1981. С. 5–25.
Руденко С.А. Основы генетической минералогии. Л.: Изд-во Ленинградского горного института, 1989. 98 с.
Руденко С.А., Иванов М.А., Романов В.А. Метаморфизм минералов – важное явление в истории их формирования // ЗВМО. 1978. Вып. 6. С. 697–710.
Сидоренко А. В., Ляхович В.В. Микровключения и геохимия минералов / Проблемы кристаллохимии и генезиса минералов. Л.: Наука, 1983. С. 30–37.
Соболев В.С. Введение в минералогию силикатов. Изд-во Львовского ун-та, 1949. 329 с.
Таусон В.Л. Эндокриптия: современное содержание понятия и методы исследования // Геохимия. 1999. № 6. С. 665–668.
Типоморфизм минералов: Справочник. М.: Недра, 1989. 560 с.
Урусов В.С. Теоретическая кристаллохимия. М.: Изд-во МГУ, 1987. 275 с.
Урусов В.С., Таусон В.Л., Акимов В.В. Геохимия твердого тела. М.: ГЕОС, 1997. 500 с.
Шоу Д.М. Геохимия микроэлементов кристаллических пород. Л.: Недра, 1969. 208 с.
Эшкин В.Ю. Поисковая минералогия и минералогическое картирование. Л.: Изд-во ЛГИ, 1989. 96 с.
Юргенсон Г.А. Типоморфизм и рудоносность жильного кварца. М.: Недра, 1984. 149 с.
Юшкин Н.П. Теория и методы минералогии (избранные проблемы). Л.: Наука, 1977. 291 с.
Юшкин Н.П. Топоминералогия. М.: Недра, 1982. 288 с.
Юшкин Н.П. Генетические методы минералогии и онтогения минералов / Проблемы онтогении минералов. Л.: Наука, 1985. С. 3–9.
Юшкин Н.П. Минералогия на пороге нового тысячелетия // Уральский минералогический сборник № 9. Миасс: ИМин УрО РАН, 1999. С. 3–21.
Юшкин Н.П., Асхабов А.М. Мир наноминералогии // Вестник института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2007. № 12. С. 2–5.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Записки Российского минералогического общества