Записки Российского минералогического общества, 2021, T. 150, № 2, стр. 83-91

ВВЕДЕНИЕ

Голубовато-зеленый плагиоклаз (олигоклаз № 22–25), названный плагиоклаз-амазонитом (Руденко, Вохменцев, 1969), известен как одна из достопримечательностей Северо-Байкальской (Мамско-Чуйской) мусковитовой провинции. Он встречается в пегматитовых жилах плагиоклазового состава, относимых к первой возрастной группе промышленно ценных пегматитов провинции (Иванов, 1999), и на белом фоне таких пород довольно эффектно выделяется одиночными кристаллами и сростками в виде небольших гнезд. Некоторые его полупрозрачные изумрудно-зеленые образцы выглядят весьма привлекательно и вполне могут быть отнесены к ювелирным (рис. 1, 2 ).

Рис. 1.

Плагиоклаз-амазонит в пегматитах на контакте с гранат-биотитовыми плагиогнейсами (показан стрелками). Заявка № 4, голец Снежный, Луговское пегматитовое поле, Северо-Байкальская мусковитовая провинция.

Fig. 1. Plagioclase-amazonite in pegmatite near its contact with garnet-biotite gneisses (shown by arrows). Pegmatite vein “Zaiavka-4”, Snezhny hill, Lugovskoye pegmatite field, North-Baikalian muscovite-bearing province.

Рис. 2.

Плагиоклаз-амазонит в срастании с мусковитом (1), кварцем (2) и борнитом (3). Северо-Байкальская мусковитовая провинция.

Fig. 2. Plagioclase-amazonite intergrowing with muscovite (1), quartz (2) and bornite (3). North-Baikalian muscovite-bearing province.

Природа столь необычной окраски плагиоклаза была изучена его первыми исследователями (Руденко и др., 1976), отнесена к типу идиохроматических и связывалась с примесно-дефектными центрами меди, возникающими в при изоморфном вхождении атомов этого элемента в структуру минерала. Предпосылкой для такого заключения явилось пространственное совмещение ореолов зеленой окраски в кристаллах плагиоклаза с проявлениями в пегматитах и вмещающих их метаморфических породах медной сульфидной минерализации, представленной преимущественно борнитом, халькозином и ковеллином. Спектрометрические исследования минерала показали наличие полос поглощения меди в спектре отражения. Наконец, микрозондовое изучение не выявило в индивидах зеленого плагиоклаза дискретности в распределении меди и связи ее концентраций с отдельными минеральными фазами (Руденко и др., 1976). Такая же особенность в распределении изоморфной примеси, с которой связывают зеленую окраску микроклина (амазонита) – свинца, установлена более поздними исследованиями (Ostroumov, Banerjee, 2005).Таким образом, вывод указанных авторов о природе зеленой окраски плагиоклаза представлялся вполне логичным.

Следует отметить, что теоретически окраску плагиоклаза можно также связывать с примесно-дефектными центрами свинца по аналогии с известными центрами этого элемента в микроклине-амазоните (Petrov et al., 1993; Santos et al., 2017) с учетом ее зависимости от упорядоченности структуры полевого шпата (Hofmeister, 2005). Но такому предположению противоречат данные о низком содержании этого химического элемента в плагиоклаз-амазоните: 0.015–0.07% (Руденко и др., 1976).

В данной статье представлен новый фактический материал, позволяющий внести в имеющиеся представления о природе амазонитовой окраски плагиоклаза существенные коррективы.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ПЛАГИОКЛАЗ-АМАЗОНИТОВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ

Известно, что находки зеленого плагиоклаза отмечены в разных частях провинции на всем ее более 200-километровом протяжении от Чуйского до Витимского и Максимихинского пегматитовых полей и определяются сходными геологическими условиями его образования (Иванов, 1999; Лир и др., 2011). Это, во-первых, нахождение только в пегматитах 1-й возрастной группы мусковит-биотит-кварц-плагиоклазового состава и преимущественно согласных форм залегания диабластической и неяснографической структуры. Во-вторых, образование исключительно в пегматитовых телах, залегающих в меланократовых гранат-биотитовых гнейсах и амфиболитах, составляющих в Мамской метаморфической толще провинции горизонты так называемых меланократовых метасоматитов, которые рассматриваются некоторыми исследователями и как метабазиты (ортопороды). В-третьих, гнезда плагиоклаз-амазонита сочетаются с участками проявления медной сульфидной (преимущественно борнит-халькозиновой) минерализации в плагиоклазовых пегматитах и во вмещающих гнейсах и амфиболитах. На контактах с сульфидами меди зеленым становится плагиоклаз не только пегматитов, но иногда и метаморфических пород. Такой плагиоклаз вместе с сульфидными вкраплениями распределяется в пегматитах крайне неравномерно, но его скопления тяготеют к контактам пегматитов с вмещающими породами (Руденко и др., 1975).

Вот основные известные авторам данной статьи места находок плагиоклаз-амазонита в плагиоклазовых пегматитах, вскрытых геологоразведочными и эсплуатационными горными выработками в пределах пегматитовых полей Северо-Байкальской провинции: гольцы Голый, Встречный (Чуйское поле); голец Зеленый (Кочектинское поле); гольцы Поворотный, Первый (Слюдянское поле); гольцы Медвежий, Брусничный, Снежный (Луговское поле); гольцы Валежный, Эпидотовый (Колотовское поле); голец Зеленый (Витимское поле), голец Заманчивый (Максимихинское поле).

В настоящее время наиболее доступным объектом для поисков этого минерала, по-видимому, являются отвалы карьера и верхних эксплуатационных штолен крупнейшей в провинции слюдоносной пегматитовой жилы, известной как “Заявка № 4” (Луговское пегматитовое поле), расположенной на гольце Снежном в 20 км юго-западнее пос. Колотовка. Наиболее богатыми в отношении находок этого минерала представляются пегматиты гольца Встречного (Чуйское пегматитовое поле).

В процессе геологического картирования пегматитовых полей (Иванов, 1999) выяснилось, что зеленый плагиоклаз обнаруживается только в местах, где плагиоклазовые пегматиты вскрыты горными выработками вблизи поверхности. Неизвестны случаи его обнаружения в естественных обнажениях пегматитовых тел. Замечено, что после нескольких лет нахождения на поверхности под открытым небом зеленый цвет некоторых образцов бледнеет, а иногда совсем исчезает. С глубиной по мере прослеживания пегматитовых тел в подземных горных выработках плагиоклаз-амазонит встречается все реже до полного исчезновения на самых глубоких горизонтах. Например, этот минерал обнаруживается в поисковых шурфах, в карьере и верхних эксплуатационных штольнях Заявки № 4, в то время как в отвалах самого нижнего очистного горизонта (в уклонах) этой жилы зеленый плагиоклаз не встречен.

Таким образом, данные о генетической связи плагиоклаз-амазонита с проявлениями в плагиоклазовых пегматитах низкотемпературной сульфидной медной минерализации, контролируемой горизонтами определенных пород Мамской метаморфической толщи, дополняются сведениями о возникновении этого минерала преимущественно в приповерхностной части эродированных пегматитовых тел, в зоне развития гипергенных процессов.

ОНТОГЕНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЛАГИОКЛАЗ-АМАЗОНИТА

Ранее изучению внутреннего строения индивидов зеленого плагиоклаза методами оптической микроскопии особого внимания не уделялось. И это понятно, так как насыщенность окраски плагиоклаз-амазонита столь низкая, что в стандартных петрографических шлифах толщиной 0.02 мм она не замечается и минерал кажется бесцветным. Но возникает вопрос: что собой представляет видимое цветовое поле этого минерала в препаратах другого типа, причем при разных условиях освещения?

На установке по огранке ювелирных камней были изготовлены полированные пластинки клиновидной формы по (001) и (010) толщиной с одного края 0.01 мм, где минерал кажется бесцветным, с другого – 1.0 мм, где он выглядит явно зеленым.

Оказалось, что в таких препаратах на границе перехода от бесцветного к явно различимо зеленому поле окраски плагиоклаз-амазонита выглядит неоднородным, дискретным и представляет собой сеть тончайших, с трудом выявляемых под оптическим микроскопом зеленых прожилков и включений в бесцветном плагиоклазе. Такие включения отчетливо видны под электронным микроскопом (рис. 4 , а, б, в). Их толщина большей частью составляет около 0.001 мм, очень редко – 0.1–0.5 мм. Насыщенный зеленый цвет включений хорошо виден в условиях косого освещения, когда свет от них отражается или их просвечивает, отражаясь от находящихся ниже микротрещин. По форме и характеру распределения в объеме кристаллов плагиоклаза зеленые прожилки подобны микротрещинам, а отдельные наиболее крупные включения имеют уплощенный облик и ступенчатые контакты с плагиоклазом. В их ориентировке нет строгой закономерности, но отмечаются случаи их параллельности границам полисинтетических двойников и трещинам спайности по {001}. Сам плагиоклаз в промежутках между указанными прожилками при любой толщине исследованных пластинок бесцветен. Соотношение густоты сети указанных включений и прожилков, их толщины и характера распределения микротрещин в кристаллах плагиоклаза определяют уровень насыщенности зеленой окраски и ее оттенки.

Судя по тому, что данные прожилки расчленяют и пересекают индивиды полисинтетических двойников, концентрируются преимущественно на контактах с зернами сульфидов меди, они возникли не в процессе развития в пегматитах низкотемпературной медной сульфидной минерализации, а являются результатом преобразования сульфидов и плагиоклаза. Вероятно микротрещиноватость, представленная в плагиоклазе открытыми и слабо минерализованными трещинами и придающая этому минералу в основном объеме пегматитовых тел непрозрачность и белый цвет, возникла позднее сульфидов меди и послужила средой для образования ореолов зеленых микровключений на контактах с сульфидами.

СОСТАВ МИНЕРАЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ

Методом комбинационного рассеяния (КР) выяснено, что включения зеленого цвета в плагиоклаз-амазоните представлены хризоколлой (рис. 3 ).

Рис. 3.

Графики комбинационного рассеяния включений хризоколлы в плагиоклаз-амазоните.

Fig. 3. Plots of Raman scattering spectrum of chryzocolla in plagioclase-amazonite

Спектры КР регистрировали на спектрометре Renishaw InVia с лазерами 785 нм в диапазоне 100–3000 см^–1 и 488 нм в диапазоне 100–4000 см^–1, с объективом 50/0.5 с усреднением по 10 сканированиям при времени накопления 10 с. Калибровка спектрометра проводилась по линии 520.5 нм кремниевого стандарта. Зарегистрированы несколько линий хризоколлы с максимумами 200–205, 335–340, 405–410, 675–678, 3620–3627 см^–1, характерные для спектра хризоколлы, согласно базе спектров RRUFF.INFO. При этом принята во внимание интерпретация колебательных спектров хризоколлы, выполненная ранее (Frost, Xi, 2013), а также сравнительный анализ спектров хризоколлы и других минералов светло-зеленой окраски, приведенный в работе известных специалистов (Coccato et al., 2016).

Рис. 4.

Минеральные включения в плагиоклаз-амазоните под электронным микроскопом (изображения в режиме BSE) с указанием точек и номеров электронно-зондового анализа, указанных в табл. 1, 2:

а – крупное включение хризоколлы (1) в плагиоклазе (2) на контакте с кварцем (3); б – микротрещины в хризоколле; в – мельчайшие включения хризоколлы (указаны стрелками) в плагиоклазе; г – сросток борнита (009) и халькозина (008); д – пластинчатые срастания халькозина (011, 012) с борнитом; е – сросток халькопирита (013), борнита (014) и халькозина (015).

Fig. 4. Mineral inclusions in plagioclase-amazonite, BSE images (points and numbers of the microprobe analyses as in Tables 1, 2): a – large inclusion of chrysocolla (1) in plagioclase (2) at contact with quartz (3); б – microcracks in chrysocolla; в – tiniest inclusions of chrysocolla (shown by arrows) in plagioclase; г – intergrowth of bornite (009) and chalcosine (008); д – lamellar-shaped intergrowths of chalcosine (011, 012) with bornite; е – intergrowth of chalcopyrite (013), bornite (014), and chalcosine (015).

Химический состав этих минеральных включений, как и минералов – сульфидов меди, с которыми эти включения контактируют, определен методом ЭДС-анализа под электронным микроскопом микроанализатором JEOL-JSM-6510LA в лаборатории Института геологии и геохронологии докембрия РАН (Санкт-Петербург). Установлено, что в минеральной фазе включений содержатся компоненты, характерные для хризоколлы – медь, кремний, а их количественные показатели в приведенных анализах могут интерпретироваться с учетом количества воды, входящей в состав минерала, и не определяемой данным видом химического анализа (рис. 4 , табл. 1, 2 ).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Таким образом, цвет плагиоклаз-амазонита определяется не центрами изоморфного вхождения атомов меди в структуру плагиоклаза, как это представлялось ранее (Руденко, Вохменцев, 1969; Руденко и др., 1975), а микровключениями и прожилками хризоколлы. Сам по себе бесцветный плагиоклаз выглядит окрашенным из-за того, что часть проникающих в него лучей отражается от множества мельчайших включений голубовато-зеленой хризоколлы, а другая часть, отраженная от микротрещин, такие включения просвечивает. Так что по своей природе окраска плагиоклаз-амазонита является аллохроматической и образно в какой-то степени сравнима с цветовым эффектом, создающимся при насыщении белой бумаги зеленым пигментом акварельной краски, микроскопические частицы которой также отражаются и просвечиваются на белом фоне. Естественно, с той разницей, что в плагиоклаз-амазоните белый фон, необходимый для просвечивания зеленых прожилков, создается отражением падающего на минерал света от открытых микротрещин в самом плагиоклазе. В этом смысле природу окраски плагиоклаз-амазонита образно можно выразить в таком сравнении, как “акварельный эффект”.

В отношении генезиса плагиоклаз-амазонита ранее высказанные представления о его генетической связи с гидротермальным процессом низкотемпературного метасоматоза и медной сульфидной минерализации в плагиоклазовых пегматитах дополняются свидетельствами о непосредственной связи самого явления образования зеленой окраски в плагиоклазе с процессами гипергенного преобразования сульфидов меди. Очевидно, что в приповерхностных условиях при проникновении воды и кислорода в зоны сульфидной минерализации в сульфидах могли развиваться процессы окисления серы, железа, меди, происходило химическое разложение борнита, халькозина и других сульфидов с образованием в растворах сульфатов соответствующих элементов и серной кислоты. Повышение концентрации и химической активности таких растворов способствовало разложению плагиоклаза с образованием глинистых минералов и переходом в раствор части кремнезема (Morad et al., 2010).

Сочетание в поровых растворах всех этих компонентов вполне могло привести к обменным химическим реакциям. Железо, как относительно малоподвижный элемент по сравнению с медью, при этом будет оставаться в местах разложения сульфидов и связываться в виде гётита и других гидрооксидов этого элемента. Медь, как более подвижный компонент, в растворах вполне могла мигрировать по микропорам в стороны от мест разложения сульфидов в пегматитах. Также медь могла мигрировать в пегматиты из вмещающих их метаморфических пород, где также развивались процессы химического разложения сульфидов. Непосредственно в плагиоклазе, являющемся источником кремнезема, медь осаждалась в виде водного силиката меди – хризоколлы.

В принципе такое образование микровключений хризоколлы в плагиоклаз-амазоните, ответственных за “акварельный эффект” его амазонитовой окраски, может быть представлено следующими вариантами химического преобразования сульфидов железа и меди водой с участием кремнезема:

Cu₅FeS₄ + (SiO₂)_водн + H₂O → Cu₄H₂(Si₂O₅)(OH)₄ · nH₂O + Fe(OH)₃,

CuFeS₂ + (SiO₂)_водн + H₂O → Cu₄H₂(Si₂O₅)(OH)₄ · nH₂O + Fe(OH)₃,

Cu₂S + (SiO₂)_водн + H₂O → Cu₄H₂(Si₂O₅)(OH)₄ · nH₂O.

Результаты проведенных исследований, как и ранее высказанные суждения об аллохроматической природе окраски зеленого микроклина (амазонита) – дискретности и “акварельном эффекте” его окраски (Иванов, 2017), вполне согласуются с представлениями А.Н. Заварицкого и его последователей о вторичной природе зеленой окраски полевых шпатов и явления их “амазонитизации” (Вохменцев и др., 1989).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Голубовато-зеленая окраска плагиоклаза (плагиоклаз-амазонита) в пегматитах Северо-Байкальской мусковитовой провинции является аллохроматической. Она обусловлена эффектом отражения и просвечивания микровключений хризоколлы, образовавшихся в результате гипергенного химического изменения плагиоклаза и сульфидов меди, проявившегося в приповерхностных условиях выветривания пегматитовых тел.