Cтруктура объединяет особенности строения минеральных агрегатов, обусловленные формой, размерами и способами сочетания минеральных индивидов (зерен), слагающих данный агрегат [Бетехтин и др., 1958]. Таким образом, основное различие между текстурой и структурой заключается в «уровне организации» минерального вещества. Если для текстуры морфологической единицей является минеральный агрегат или срастание минералов, то для структуры – это минеральный индивид.
Форма минеральных индивидов уже рассматривалась в разделе 4.2. В минераграфии, как и в петрографии, минералы, прежде всего, различаются по степени идиоморфизма. Соответствующие структуры называются идиоморфнозернистой, гипидиоморфнозернистой и алотриоморфнозернистой. Перечисленные структуры характеризуются простым примыканием округлых или угловатых зерен минералов друг к другу. Граница между зернами может быть как прямолинейной, так и сильно извилистой.
Идиоморфнозернистая структура – характеризует минеральный индивид совершенной кристаллической формы (идиоморфные или эвгедральные кристаллы) (рис. 5.2а). Такая структура является редкостью. Специфической разновидностей этой структуры является скелетная структура, которая характеризуется наличием скелетных кристаллов в виде елочки, снежинки или рыбьего скелета (рис. 5.2б), рост которых осуществляется соответственно в привершинных и приреберных участках. Скелетные кристаллы формируются при умеренном и большом пересыщении растворов и преобладании диффузионного процесса роста [Краснова, Петров, 2007; Булах и др., 2008]. Разновидностью скелетных кристаллов являются футляровидные.
Гипидиоморфнозернистая структура – характеризует минеральный индивид с частично развитыми кристаллическими гранями, т.е. гипидиоморфными или субгедральными кристаллами (рис. 5.2в-г). Разновидностью гипидиоморфнозернистой является гранозернистая структура, при которой индивиды характеризуются изометричной формой зерен, отсутствием у них коррозии и примерно одинаковым размером зерен (рис. 5.2д). Появление таких структур отмечается в результате интенсивной перекристаллизации минеральных индивидов. В отличие от гипидиоморфнозернистой структуры характерной особенностью гранозернистой структуры является плоскогранно-полиэдрическая форма зерен [Жабин, 1979].
Аллотриоморфнозернистая структура – характерна для минеральных индивидов, не обладающих собственными кристаллическими формами и отличающимися извилистыми границами (рис. 5.2е). Форма зерен носит название ксеноморфной или ангедральной. Одной из разновидностей аллотриоморфнозернистой структуры является сидеронитовая, для которой характерен ксеноморфизм поздних рудных минералов относительно силикатов (оливин, пироксены, амфиболы, плагиоклазы). Данная структура характерна для руд магматических месторождений.
а
б
в
г
д
е
Рис. 5.2. Кристаллически-зернистые структуры.
а) идиоморфные кристаллы пирита (Py) и магнетита (Mgt), ксеноморфные – пирротина (Po) в гипидиоморфном пирите. Месторождение Маукское, Южный Урал; б) скелетные кристаллы галенита. Месторождение Чейли-Маденкой, Турция; в-г) гипидиоморфные кристаллы кристаллического пирита в халькопирите (в), с пойкилитовыми включениями пирротина (розовое) (г). Месторождение Яман-Касы, Южный Урал; д) зернистый агрегат антимонита. Николи скрещены. Месторождение Сарылах, Якутия; е) выполнение ксеноморфным сфалеритом (Sph) промежутков между идиоморфными и гипидиоморфными кристаллами нерудных минералов. Рудопроявление Западное, Полярный Урал.
Темное – нерудные минералы. Отраженный свет.
Фото б – Е.В. Белогуб, в – С.П. Масленниковой.
Минеральные индивиды также встречаются в виде обломков зерен. Обломки хрупких минералов обладают угловатыми очертаниями (пирит, арсенопирит), мягких и ковких минералов – имеют сплющенный вид и сглаженные контуры (золото, серебро, медь и др.). Обломки минералов с резко выраженной спайностью в одном направлении имеют вид чешуек или пластинок (пирротин, молибденит, графит, сфалерит, антимонит, халькопирит). Наиболее характерны следующие деформации:
Катакластическая структура – характерна для твердых и хрупких минералов, подвергшихся динамическим воздействиям. В результате образуются трещины и остроугольные обломки (рис. 5.3а-б).
Структура смятия – характеризуется деформацией (смятием) мягких и пластичных минералов, не сопровождающиеся существенным нарушением целостности (рис. 5.3в-г).
Рис. 5.3. Катакластические структуры.
а-б) катаклазированный кристаллический пирит, сцементированный халькопиритом (Chp), сфалеритом (Sph) (а) и нерудным материалом (б); в-г) пластинки смятия в пирротине (в) и сфалерите (г). Рудопроявление Западное, Полярный Урал.
Отраженный свет. На рис. в – николи скрещены.
По размерности слагающих руду минеральных индивидов (зерен, кристаллов и т.п.) структуры бывают: гигантозернистые (более10 мм), крупнозернистые (5–10 мм), среднезернистые (2–5 мм), мелкозернистые (0.5–2 мм), тонкозернистые (0.1–2 мм).
Разновидностями скрытокристаллических структур являются метаколлоидные. Метаколлоидными называются кристаллические агрегаты сферической, натечной и фестончатой формы, сложенные мельчайшими индивидами (1 мкм–0.1 мм), распознаваемыми только под микроскопом (рис. 5.4а-б). Такие структуры разделяются на следующие морфологические виды: гелевая, сферолитовая, шариковая, радиально-лучистая, концентрически-зональная, колломорфно-метаколлоидная и афанитовая [Юшко, 1984].
Рис. 5.4. Метаколлоидные структуры.
а) радиально-лучистое строение сферолитов пирит-марказитового состава c трещинами синерезиса. Черное в центре почки – затравленный тонкодисперсный пирит; б) колломорфно-метаколлоидная структура раскристаллизации тонкодисперсного пирита (коричневое). Месторождение Яман-Касы, Южный Урал.
На снимке а – пирит протравлен в конц. HNO3.
По относительной величине кристаллических зерен структуры различаются однородные (равномернозернистые) и неоднородные (неравномернозернистые). Равномернозернистые структуры, когда зерна разных минералов обладают более или менее одинаковыми размерами (см. рис. 5.2д). Неравномернозернистые структуры, когда минеральные зерна в различных участках аншлифа или шашки имеют неодинаковые размеры (см. рис. 5.2в-г). Также разновидностями неравномернозернистых структур являются порфировая и порфировидная структуры, имеющие сходные морфологические признаки, но разные причины образования. Они характеризуются неравномерным распределением крупных зерен минералов среди основной массы мелких. В первом случае роль порфировых вкрапленников играют метакристаллы (рис. 5.5а), а во втором – порфиробласты (рис. 5.5б). Для метакристаллов характерным является наличие коррозионных границ между зернами, присутствие реликтовых включений окружающих минералов. Порфиробласты отличаются округлыми контурами (без признаков коррозии), наличием многочисленных включений и оторочек других (нерудных) минералов. Можно наблюдать все постепенные переходы от только начинающих формирование порфировидных кристаллов среди агрегата мелких зерен до четко выраженных перекристаллизованных кристаллов.
Рис. 5.5. Порфировая и порфировидная структуры.
а) метакристаллы пирита с зональностью роста в нерудной матрице. Месторождение Талганское, Южный Урал; б) порфиробласты пирита (Py) на фоне субгедрального сфалерита (Sph). Месторождение Тарньерское, Северный Урал.
Темное на снимках – нерудные минералы. Отраженный свет.
Одним из определяющих элементов структуры являются способы сочетания рудных индивидов, слагающих минеральный агрегат.
Наиболее распространенной группой структур являются те, которые характеризуют присутствие включения одного минерала в другом. В зависимости от природы включений различают пойкилитовые включения, образовавшиеся в результате распада твердого раствора, а также остатки от замещения.
- Включения минералов, захваченных в процессе роста кристаллов, называются пойкилитовыми (см.рис. 5.2г), а описывающая их структура – пойкилитовой. В пойкилитовой структуре отмечается беспорядочное расположение мельчайших включений окружающих минералов в той ориентировке и с такой крупностью зерна, которые они имели до начала процесса перекристаллизации. Захваченные растущим кристаллом инертные зерна удлинены или уплощены обычно параллельно грани, а не перпендикулярны, как это бывает в случае совместного роста индивидов [Краснова, Петров, 2007].
- С включениями, образовавшимися вследствие распада твердого раствора, связаны разнообразные структуры распада. При понижении температуры, так называемые твердые растворы, претерпевают распад и возможны сходства структур минералов (решетчатые и графические срастания) и синтаксия, в другом случае чужеродный минерал образует незакономерные вростки (мирмекиты, пламеневидные включения).
Структуры распада характеризуются следующими морфологическими признаками: 1) определенной кристаллографической ориентировкой по отношению к вмещающему минералу; 2) одинаковой ориентировкой во всех пирамидах нарастания вмещающего кристалла; 3) равномерным распределением в объеме матрицы; 4) сужением и выклиниванием пластинок, не соприкасающихся друг с другом [Рамдор, 1962; Чесноков, 1974; Попов, 1984]. Только по наличию набора всех признаков можно сделать вывод о распадном происхождении структур. Некоторые морфологические разновидности распадных структур приведены ниже.
Эмульсионная структура – представляет собой срастание минеральных зерен в виде мелких зерен одного минерала в другом минерале (рис. 5.6а-б). Включения могут быть представлены звездочками, крестами, штрихами, очень редко столбиками или иглами [Рамдор, 1962]. Эмульсионная структура появляется при распаде твердого раствора на два минерала, например, сфалерит+халькопирит, пирротин+сфалерит, халькопирит+станнин [Юшко, 1984].
Графическая (субграфическая) структура характеризуется прорастанием двух минералов по типу структуры письменного гранита (рис. 5.6в). Наиболее характерен этот тип структур для срастаний сфалерита+халькопирита, халькопирита+борнита, халькозин+штромейерит, дигенита+халькозина [Юшко, 1984].
Решетчатая структура характеризуется расположением пластинок одного минерала по двум взаимно перпендикулярным направлениям, отвечающим спайности другого минерала (рис. 5.6г). Типичной особенностью решетчатой структуры, возникшей при распаде твердого раствора, является сужение пластинок решетки в местах их пересечения. Такая структура характерна для срастаний халькопирита+борнита, ильменита+магнетита, ильменита+гематита, кубанита+пирротина, халькопирита+пирротина [Юшко, 1984].
Пластинчатая структура является разновидностью решетчатой структуры, при которой один минерал имеет вид веретенообразных пластинок, приуроченных к спайности другого минерала (рис. 5.6д). Границы между образующимися минералами ровные, без следов коррозии. Пластинчатая структура характерна для таких минералов, как пирротин+пентландит, кубанит+халькопирит, ильменит+магнетит и др. [Юшко, 1984].
Пламеневидная структура характеризуется удлиненными выделениями одного минерала по периферии зерен или вдоль трещин спайности другого минерала в виде язычков пламени (рис. 5.6е). Такая структура характерна для срастаний пирротин+пентландит [Юшко, 1984].
Рис. 5.6. Структуры распада твердых растворов.
а) эмульсионные выделения халькопирита в сфалерите. Месторождение Сафьяновское, Средний Урал; б) звездчатые кристаллы сфалерита (Sph) в халькопирите (Chp). Месторождение Ивановское, Южный Урал; в) халькозин (сс) и штромейерит (stt) с червеобразными выделениями галенита (gn). Бабарыкинское рудопроявление, Южный Урал; г) борнит с решеткой халькопирита. Месторождение Удокан, Сибирь; д) пластинки борнита (Bn) в халькозине (Сс). Месторождение Коко-Таунг, Мьянма; е) пламеневидные выделения пентландита (Pn) в пирротине (Po). Месторождение Ивановское, Южный Урал.
Отраженный свет.
Рис. б, е – фото И.Ю. Мелекесцевой.
- В случае замещения одного минерала другим включения могут иметь реликтовую природу (рис. 5.7).
Коррозионные структуры формируются в минеральном агрегате в результате: 1) растворения и последующего повторного отложения, 2) окисления, 3) диффузии в твердом состоянии [Бетехтин и др., 1958]. Замещение происходит в результате изменения физико-химических условий среды – Eh, pH, активностей компонентов раствора или расплава, при котором первичные минералы становятся неустойчивыми, растворяются и замещаются другими минералами. При этом форма новообразованных агрегатов в определенной мере зависит от характера поверхности первичного минерала, наличия спайности, отдельности, дефектов, зональности или секториальности роста.
Коррозионные структуры характеризуются нарушением прямолинейных очертаний кристалла с разной степенью разъедания граней, зазубренными границами между ранними и поздними минералами данной ассоциации, секущим характером. Поздние минералы заполняют трещины и полости разъедания, а также цементируют их (рис. 5.7а-б).
В группе коррозионных структур выделяются следующие морфологические разновидности:
Решетчатая структура образована пластинчатыми индивидами одного минерала в другом (рис. 5.7в) и является в данном случае результатом замещением по трещинам спайности (например, замещение галенита англезитом, халькозина – ковеллином или вторичными сульфидами меди). Близка к решетчатой графическая структура – остатки от замещения образуют узор, напоминающий графику (рис. 5.7г). Такая структура образуется не в результате взаимопрорастания зерен, как в структурах отложения, а в итоге равномерного, закономерного замещения одного минерала другим.
Реликтовая структура остается после каких-либо процессов, изменяющих первичное строение минералов. Например, часто в рудах сохраняется реликтовая структура «птичьего глаза» (рис. 5.7д), наряду с поздним формированием зернистой структуры перекристаллизации и\или прожилков поздних минералов (рис. 5.7е).
Атолловая структура образуется при замещении сферических агрегатов от центра, при котором реликты замещаемого минерала имеют кольцеобразную форму, т.к. атолл – это кольцо (рис. 5.7ж).
Псевдоморфная структура образуется в том случае, если новообразованный минерал наследует форму первичного (рис. 5.7з).
ж
з
Рис. 5.7. Коррозионные структуры.
а) замещение кристаллического пирита сфалеритом (Sph). Протравлено в конц. HNO3. Месторождение Сафьяновское, Средний Урал; б) замещение халькопирита (Chp) вторичными сульфидами меди (Cov). Арыксанское рудопроявление, Западная Тува; в) замещение халькопирита (желтое) пластинчатым халькозином (голубое) и ковеллином (синее). Удоканское месторождение, Сибирь; г) реликты халькопирита (желтое) в сфалерите (синее). Месторождение Яман-Касы, Южный Урал; д) замещение пирротина тонкозернистым агрегатом пирит+марказит (Py+Mc). Месторождение Ивановское, Южный Урал; е) прожилки позднего пирита (Py-2) рассекают пирит с реликтами первичной структуры «птичьего глаза» (Py-1). Харальское золоторудное поле, Восточная Тува; ж) замещение пирита (Py) галенитом (Gln). Месторождение Сафьяновское, Средний Урал; з) псевдоморфное замещение кристалла магнетита (Mgt) гетитом (Gt). Харальское рудное поле, Восточная Тува.
Темное на снимках – нерудные минералы. Отраженный свет. На снимке ж магнетит покрыт магнитной суспензией.
Рис. в – фото Е.В. Белогуб, г – С.П. Масленниковой, б, д, е, з – И.Ю. Мелекесцевой.
При текстурно-структурном анализе руд, впрочем, как и для многих других видов геологических работ, важно определиться с масштабом исследования, который должен соответствовать поставленным задачам. Процесс исследования принято разбивать на три основных этапа: 1) полевые работы, 2) лабораторные работы, 3) интерпретацию результатов полевых и лабораторных работ.
Полевое изучение включает в себя документацию естественных и искусственных обнажений, керна буровых скважин. Описание должно сопровождаться зарисовками и фотодокументацией взаимоотношений типов руд, пород, а также отбором образцов для изготовления полированных штуфов и аншлифов (рис. 5.8). Т.к. стенки забоев часто загрязнены, перед документацией целесообразно их очистить водой. Оптимальными являются систематические наблюдения по регулярной или близкой к ней сети. Количество образцов опять же диктуется задачами исследования и степенью изменчивости руд. При работе с текстурно-ориентированными рудами необходимо фиксировать элементы залегания ориентировки. На образце пишется маркировка и указывается плоскость распила.
Рис. 5.8. Схематическая зарисовка обнажения, отражающая взаимоотношения между различными типами руд.
1 – полосчатые руды; 2 – обломочные руды: крупные обломки пород и руды в мелкообломочном сульфидном цементе; 3 – неяснополосчатые руды; 4 – полиметаллические жилы; 5 – крустификационные сульфидные жилы; 6 – подстилающие породы; 7 – точки отбора образцов.
Лабораторные работы предваряются систематизацией собранного в поле материала. После предварительной группировки, например, по текстурному или минералогическому признакам, отбираются наиболее характерные штуфы для распиловки и пришлифовки. На отпрепарированной поверхности детали строения разрешаются значительно лучше, чем на необработанных образцах. Очень важным моментом является правильный выбор сечения для распиловки. Для полосчатых, слоистых руд сечения должны быть ориентированы перпендикулярно ориентировки текстуры. Наиболее важные в генетическом и практическом отношении текстуры необходимо зарисовывать или фотографировать. Иногда перед фотографированием при помощи химических реагентов проводят выборочное окрашивание некоторых минералов.
Для выяснения деталей строения и минерального состава выделенных минеральных агрегатов на штуфе намечаются участки, из которых следует изготовить прозрачные и полированные шлифы (рис. 5.9). При выявлении структур рудных минералов, как правило, необходимо применять структурное травление (см. ниже).
Рис. 5.9. Разметка штуфа барит-сульфидной руды с выделением участков для изготовления шлифов и аншлифов.
Наконец, интерпретация полученных данных должна опираться на предыдущие две стадии, а также учитывать данные геологической документации.
В заключении необходимо отметить, что в рудах различного генезиса часто наблюдаются сходные по морфологии текстуры и структуры. Для их распознавания необходимо тщательное изучение формы, строения и изменения минерального зерна и агрегата. При определении последовательности кристаллизации минералов в агрегатах необходимо применять объемный морфологический анализ структур с использованием приемов онтогении минералов [Григорьев, Жабин, 1973; Жабин, 1979]. Онтогенический анализ минерального агрегата заключается в восстановлении истории его на основании изучения анатомии, поверхностей минеральных индивидов, их ориентировки, размещения в пространстве [Попов, 1985].