ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2013, № 6, с. 552-580
УДК 551
МИКРОУРОВЕНЬ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКОЙ ГЕТЕРОГЕННОСТИ ДОКЕМБРИЙСКИХ ГЛОБУЛЯРНЫХ ДИОКТАЭДРИЧЕСКИХ СЛЮДИСТЫХ МИНЕРАЛОВ
© 2013 г. В. А. Дриц, Б. А. Сахаров, Т. А. Ивановская, Е. В. Покровская
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7;
E-mail: sakharovba@gmail.com Поступила в редакцию 22.05.2013 г.
В статье впервые предложена методика определения кристаллохимической гетерогенности тонкодисперсных диоктаэдрических 2 : 1 слюдистых минеральных образований, основанная на моделировании их порошковых дифрактограмм. В качестве объектов исследования использовались три образца, отобранные из отложений нижнего и среднего рифея в разрезах Анабарского и Оленекско-го поднятий Северной Сибири, и один образец из инзерской свиты верхнего рифея Южного Урала. Выбор глобулярных образцов определялся контрастными особенностями их химического состава и разными литологическими типами вмещающих терригенных пород, в целом преобразованных на уровне глубинного катагенеза. На основе структурных формул, размеров элементарных ячеек и ко-ординатов атомов, заселяющих эти ячейки, проведено моделирование порошковых рентгенограмм, позволившее определить размеры областей когерентного рассеяния и вероятностные параметры, характеризующие тип, содержание и распределение дефектов упаковки в каждом из изученных образцов. Результаты моделирования показали, что каждый из них представляет собой физическую смесь индивидуальных слюдистых фаз разного состава. Обсуждаются масштабы и формы проявления кристаллохимической гетерогенности слюдистых разновидностей, слагающих глобули в грубых и тонкозернистых терригенных отложениях, а также их различные специфические кристаллохимиче-ские характеристики. Рассмотрены возможные физико-химические обстановки, определившие особенности структурно-кристаллохимической гетерогенности слюдистых разновидностей в каждом из четырех изученных образцов.
DOI: 10.7868/S0024497X13060037
Структура глобулярных диоктаэдрических слюдистых минералов глауконит-иллитового состава состоит из 2 : 1 слоев, каждый из которых образован октаэдрической сеткой, к которой сверху и снизу примыкают тетраэдрические сетки. Относительно крупные межслоевые катионы К фиксируют взаимное расположение слоев, устраняя сколько-нибудь значительные их латеральные смещения относительно друг друга в межслоевой плоскости. Октаэдрические сетки 2 : 1 слоев содержат три симметрически независимых октаэдра, различающиеся расположением ОН групп и атомов кислорода, координирующих ок-таэдрические катионы. В транс-октаэдрах ОН группы связаны телесной диагональю, тогда как каждая пара цис-октаэдров имеет общее ребро, образованное ОН-группами. В диоктаэдрических 2 : 1 слоистых силикатах только два из трех симметрически независимых октаэдра заняты катионами. Структурные исследования показали, что в рассматриваемой группе минеральных разновидностей транс-октаэдры 2 : 1 слоев являются вакантными. Исключением являются те глаукони-товые разновидности, у которых сумма октаэдри-
ческих катионов в расчете на формульную единицу превышает число катионов, заселяющих цис-октаэдры. В этих случаях небольшой избыток обычно катионов М§ распределяется по транс-позициям октаэдрической сетки 2 : 1 слоев [Сахаров и др., 1990; Дриц и др., 1993, 2010; Ми11ег й а1., 2000].
Глобулярные диоктаэдрические слюдистые разновидности характеризуются исключительным разнообразием форм и масштабов проявления нарушений идеальной структурной периодичности и кристаллохимической однородности. К ним относятся смешанослойность, дефекты упаковки последовательных 2 : 1 слоев и широкий спектр изоморфных замещений. При исследовании реальной структуры образцов, т. е. выявлении их структурной и кристаллохимической неоднородности, учитывается, что представители рассматриваемой группы минералов формируются в разных литологических типах вмещающих отложений. При этом в тонких структурных и кристаллохимических особенностях образцов в той или иной форме запечатлеваются как физи-
ко-химические условия их образования, так и эволюция этих условий в процессе преобразования вмещающих пород [Николаева, 1977; Шутов и др., 1975; Дриц и др.,1993, 2010; Ивановская и др., 1985, 1999, 2006, 2012 и др.].
Характерной особенностью тонкодисперных диоктаэдрических К-слюд, включающих иллиты, глаукониты, алюминоселадониты и селадониты, является присутствие в их структуре некоторого количества разбухающих смектитовых межслоев [Moore, Reynolds, 1989; Дриц и др., 1993]. Кроме того, изучение глауконитовых образцов из доломитовых пород (коллекции И.В. Николаевой, Т.А. Ивановской) показали, что они представляют собой сложные смешанослойные образования, в структуре которых наряду с глауконитовы-ми и смектитовыми слоями, сосуществуют слои ди-триоктаэдрического хлорита [Дриц и др., 1993, 2010]. Дифракционные критерии, позволяющие по положению базальных отражений оценить содержание слоев ди-триоктаэдрического хлорита в трехкомпонентной смешанослойной структуре, сформулированы в монографии В.А. Дрица с соавторами [1993].
Формирование смешанослойных трехкомпо-нентных структур, по-видимому, происходило в две стадии, на одной из которых формировались двухкомпонентные глауконит-смектитовые образования, а на второй — замещение некоторых смектитовых межслоев бруситоподобными сетками. Этот процесс может быть связан с поступлением новой порции богатых Mg растворов, способствовавшей повышению активности этих катионов по сравнению с активностью водорода. Поскольку эти преобразования не затрагивали распределение октаэдрических катионов в 2 : 1 слоях, то формирование триоктаэдрических бру-ситоподобных сеток означало образование в структуре слоев ди-триоктаэдрического хлорита.
Другой характерной особенностью глобулярных тонкодисперсных диоктаэдрических слюдистых разновидностей является наличие в их структурах дефектов упаковки, связанных с относительными разворотами последовательных слоев на углы, кратные ±120° и/или (2n + 1)60° (n = = 0, 1, 2). Используя метод моделирования экспериментальных дифрактограмм, Б.А. Сахаров с соавторами [1990] впервые исследовали природу дефектов упаковки в структуре глауконитовых образцов разного химического состава и возраста (нижний, средний, верхний рифей и венд) из коллекции И.В. Николаевой и Т.А. Ивановской. Они показали, что в их структурах 2 : 1 слои развернуты относительно выбранной системы координат на углы, кратные n60° (n = 0, 1, 2, 3, 4, 5). При этом в разных образцах 2 : 1 слои с одинаковой азимутальной ориентацией распределены либо полностью неупорядоченно, либо с той или иной
тенденцией к сегрегации. Был сделан вывод о том, что глобулярные диоктаэдрические слюдистые минералы независимо от их состава и возраста формировались по одному и тому же структурному механизму, суть которого заключается в твердофазовом преобразовании смектитов в процессе необратимой фиксации катионов К в смектитовых межслоях.
Широкий спектр изоморфных замещений в рассматриваемой группе минеральных разновидностей обусловлен изовалентными замещениями Fe3+ и А1 в октаэдрах, в результате которых образуется серия твердых растворов — от собственно глауконита через А1-глауконит и Fe-иллит к ил-литу. Изоморфные замещения трехвалентных октаэдрических катионов (А1, Fe3+) на двухвалентные (М§, Fe2+) сопровождается формированием ряда от глауконита к селадониту. Одним из эффективных методов, позволяющих на микроскопическом уровне количественно анализировать степень структурной и кристаллохимической гетерогенности глобулярных слоистых силикатов является изучение разных плотностных фракций одного и того же образца. Этот метод разработан М.Я. Кацем, В.Д. Шутовым и В.А. Дрицем в ГИН РАН [Шутов и др., 1975; ЯИ^оу et а1., 1972], и широко применяется до настоящего времени [Николаева, 1977, 1981; Шутов и др., 1983; Дриц, Кос-совская, 1986, 1991; Дриц и др., 1993, 2010; Ивановская, Ципурский, 1990; Гептнер, Ивановская, 1998; Ивановская, 1994; Ивановская и др., 1985, 1994, 1999, 2012 и др.]. Установлено, что кристал-лохимическая гетерогенность наблюдается на макро- и микроуровне (в разных плотностных фракциях отдельного образца, в одной плотност-ной фракции, в едином зерне). Например, сочетание микродифракции электронов и локального энергодисперсионного анализа позволило выявить достаточно высокую степень гетерогенности химического состава микрочастиц, слагающих индивидуальные глобули ^ир1ау, 1988; Ивановская, Ципурский, 1990; Ципурский и др., 1992]. В частности, изучение отдельных зерен из глауконитсодержащих образцов нижнего кембрия Северной Эстонии и Восточной Сибири (р. Алдан) и нижнего рифея Северной Сибири (р. Котуйкан) показало, что они состоят из смеси микрочастиц глауконита и Fe-иллита с небольшой долей собственно иллита [Ивановская, Ципурский, 1990; Ципурский и др., 1992]. Необходимо отметить, что два образца из этой коллекции (обр. 402/1, 400/3) исследованы в настоящей статье. В образцах из венд-кембрийских отложений хмельницкой свиты Подольского Приднестровья обнаружено как сосуществование глауконита и Fe-иллита в пределах отдельных глобуль, так и присутствие глобуль гомогенных по составу, но резко различающиеся по степени железистости [Ивановская и др., 1999].
Вместе с тем следует признать, что информация о масштабах и формах кристаллохимической неоднородности, полученные с помощью аналитической электронной микроскопии, является ограниченной. Определение химического состава индивидуальных частиц этим методом является трудоемкой и дорогостоящей процедурой, что обуславливает весьма редкое его практическое применение. Кроме того, методом энергодисперсионного анализа определяют общее содержание Fe, тогда как для расчета структурных формул индивидуальных микрочастиц требуются данные о соотношении Fe2+/Fe3+. Главное же ограничение применения энергодисперсионного анализа связано с тем, что с его помощью можно проанализировать лишь ограниченное число микрочастиц, слагающих одну глобулю, не говоря уже о необходимости изучения частиц, слагающих разные гло-були образца.
Таким образом,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.