» » Формальные признаки зерен глауконита и их генетическое значение

Формальные признаки зерен глауконита и их генетическое значение

05.08.2016

Морфология зерен сыграла решающее значение в развитии всего разнообразия генетических гипотез глауконита, и проблемы, затронутые десятки лет тому назад, продолжают волновать исследователей и в наши дни. He ставя перед собой цель окончательного решения всех задач, связанных с изучением морфологии, проанализируем новый фактический материал, полученный в разных странах за последние 20—40 лет, и сопоставим с ним наши данные.
Все формы выделения глауконита можно подразделить па 5 типов: 1) зерна, или микроконкреции, «глауконита»; 2) зерна, или микроконкреции, с включениями инородного материала (размером от нескольких микрон до сотых и десятых долей миллиметра); 3) топкодисперсная цементная масса глауконита обычно с примесью других минералов; 4) псевдоморфозы по другим минералам, чаще всего по биотиту и кремневым скелетным остаткам фауны; 5) выполнение пор, трещин и полостей внутри зерен других минералов или скелетов фауны. Наиболее детально изучены два первых типа форм выделений, меньше третий — пятый, причем три последние наиболее четко устанавливаются в тех случаях, когда с ними ассоциируются зерна, или микроконкреции, глауконита. Основная причина их слабой изученности кроется в том, что до сих пор методически окончательно не решен вопрос о выделении тонкодисперсных минералов из смеси, особенно если они составляют ничтожную долю такой смеси, что затрудняет их аналитические исследования.
Большие трудности вызывает трактовка генезиса тонкодисперсных минералов, и в частности глауконита. Многие исследователи безоговорочно высказывают мнение об аутигенном образовании топкодисперсного глауконита, хотя сам по себе факт его присутствия не может быть аргументом в пользу аутигенного происхождения. Будучи довольно мягким, глауконит сравнительно легко подвергается абразии при перемыве зерен, при этом, как показали экспериментальные исследования по истиранию глауконита, основная часть истертого материала имеет размерность пелитовых частиц, меньшая — алевритовых (— 0,063 мм). Поскольку, по мнению подавляющего большинства исследователей, глауконит обычно песет признаки перемыва, хотя бы местного, постольку изучение тонкодисперсного глауконита с точки зрения возможного терригенного его происхождения заслуживает самого пристального внимания. Образование тонкодисперсного глауконита может быть связано также с пептизацией его зерен при выветривании, а также, очевидно, при промывке глауконитоносных пород пресными поверхностными водами, аналогично тому, что хорошо известно из практики использования глауконита для водоумягчения. Скопления топкодисперсного глауконита (пятна, жилки, линзочки) обычно имеют небольшие размеры и очень слабо исследованы минералогически.
Несмотря на многочисленные указания в литературе о находках в осадочных толщах зерен глауконита, исследование их морфологии как с формальной (описательной) стороны, так и с точки зрения генетических выводов проведено недостаточно полно. В тех случаях, когда концентрации глауконита невелики, глауконит только отмечается, по, как правило, не исследуется пи морфология зерен, ни их минеральный состав.
Приведенные в литературе классификации и описания зерен глауконита позволяют различать ряд признаков, которые могут иметь генетическую трактовку; форма, характер поверхности, внутреннее строение и твердость. Форма зерен бывает правильная (округлая, овальная и почти сферическая) и неправильная (лопастная, каплевидная, полуугловатая и угловатая). Поверхность зерен различается: 1) по блеску: матовая и со стеклянным блеском, или глянцевитая; 2) по структурным особенностям: с глубокими зубчатыми трещинами, как бы расклинивающими зерна па лопасти; с тонкими волосовидными трещинами, расположенными на поверхности зерна; ровная, гладкая и бугорчатая (крупнобугорчатая, или почковидная, когда зерно как бы состоит из 3—4 долей; и мелкобугорчатая, или мозговидная, когда оно состоит из мелких округлых комочков или микроглобуль). По внутреннему строению зерна разделяются на микро-агрегатные, поликристаллические (вермикулитоподобные, червеобразные, или «аккордеонные») и пластинчатые (слюдоподобные).
Различаются зерна нормальной и пониженной твердости. Резко пониженная твердость (такие зерна очень хрупкие и легко превращаются в порошок) первично плотного сложения зерен свидетельствует о химическом изменении минерала; для пористых микроконкреций она первична.
Зерна правильной формы (округлой, овальной, сферической) довольно широко распространены в природе. Они преобладают в скоплениях аутигенных образований, но составляют значительной процент среди аллотигенных и нередко — среди терригенных, особенно если перенос зерен происходит в морской воде. Для уточнения генезиса учитывается соотношение размеров округлых зереи глауконита и частиц терригенного материала: диаметр аутигенных зерен глауконита больше частиц терригенных минералов — кварца, полевого шпата и т. п. Для обеих генетических разновидностей характерна матовая, или шероховатая, а также гладкая, иногда глянцевитая поверхность. Происхождение поверхности обусловлено разными причинами: в аутигенных — гладкая поверхность связана с усыхающими коллоидами. Коллоидные пленки в определенных случаях могут возникнуть и на поверхности терригенных зерен, но имеют состав, отличный от глауконита; чаще всего на терригенных (и аллотигенных) зернах располагается корочка гидроокислов железа. Шероховатая поверхность может быть как первичной, так и вторичной; в последнем случае она обычно обусловлена растворением (фото 15) чешуек глауконита либо неравномерным развитием псевдоморфоз мелкокристаллического карбоната (фото 10—11), пирита и других минералов по глаукониту. Аутигенные зерна с шероховатой поверхностью имеют нормальную для глауконита твердость, у зереи, частично растворенных, твердость снижается.
Аналогичные проблемы диагностики генетических разновидностей возникают при анализе зерен неправильной формы — лопастной, каплевидной, полуугловатой. Последние образуются в результате пластической деформации зерен еще на стадии диагенеза. В дальнейшем они испытывают такие же преобразования, как и зерна правильной формы. Угловатые обломки их появляются обычно при механическом разрушении зерен всех типов в процессе перемыва осадка или породы. Однако угловатые обломки — реликты — могут также возникать в результате химического преобразования зерен — растворения или замещения их другими минералами.
Наиболее дискуссионным остается вопрос о происхождении лопастной формы зерен, рассеченных глубокими трещинами с зубчатыми краями. Один исследователи рассматривают трещины в качестве признака дегидратации коллоидов, из которых образуется глауконит, другие — как трещины, возникающие в результате разбухания минерала при гидратации. М. Лайт, наблюдая в терригенных глауконитах сочетание лопастных зерен во фракции крупнее 0,124 мм, а угловатых — в более мелкозернистой, пришел к выводу, что лопастные формы, как и угловатые, являются вторичными и характерны для терригенной разновидности, зерна округлой формы без трещин — первичными. Против терригенного происхождения глауконита формации Горперстоун возражает Дж. К. Адамс на том основании, что в этой формации песчинки кварца значительно уступают глаукониту по размерам: при высокой концентрации глауконита (до 90% псаммитовой фракции) это скорее может быть истолковано в пользу его аутигениого происхождения. К аналогичному выводу о генезисе глауконитов Нью Джерси пришла ранее Л.Н. Формозова, указав на их почти полную аналогию с глауконитами Кызыл-Сая. Аргументы авторов, доказывающих нахождение в этих двух районах глауконита на месте своего образования, вполне убедительны. Однако глаукониты несут следы перемыва, на что указывают постоянно присутствующие обломки зерен. Авторы же считали, что образование глауконита происходило в подвижной придонной воде, а не в осадке, и с этих позиций иной генетической гипотезы не могло возникнуть. Фактически исследователи доказывали, что среда перемыва и разрушения осадка являлась средой образования глауконита. Кроме того, эти авторы безоговорочно принимали неизменность аутигенного глауконита в толще осадка и осадочных пород. Оба эти положения, как доказывается во многих работах (см. также гл. 2 и § 7 настоящей главы), не соответствуют действительности. А поскольку перемыв глауконита мог происходить только в среде, отличающейся по физико-химическим условиям от среды его образования в осадке на стадии диагенеза, постольку химическое изменение аутигенных образований и в первую очередь их гидратация не исключается, в связи с чем не исключается и образование глубоких трещин растяжения.
Аллохтонные залежи глауконита (аллотигенного) детально изучены И.А. Шамраем, который установил их широкое распространение в палеогеновых отложениях Поволжья, нижнего течения Дона и на севере Донбаса. Глауконит в залежах отличается наиболее крупными (среди палеогеновых отложений района) размерами, округлой и лопастной формой и присутствием обломков зерен. С глауконитом ассоциируется наиболее крупнозернистый (по сравнению с выше- и нижележащими отложениями) терригенный материал. Все эти признаки отчетливо устанавливаются и для глауконитов формации Горнерстоун, Нью Джерси, и нижнего глауконитового горизонта Кызыл-Сая. Образование лопастной формы зерен в связи с перемывом осадка в среде, неблагоприятной для сохранения глауконита, для всех трех указанных районов вполне допустимо, как и в других глауконитоносных отложениях.
Особенности аллотигенных глауконитов, подвергшихся аналогичному изменению, описали Е.К. Лазаренко, А.И. Шайнюк.
Следует обратить внимание еще на одну особенность развития глубоких трещин на зернах глауконита и в связи с этим — их лопастную форму: трещины характерны для мезозойских и кайнозойских минералов, но практически отсутствуют в неизмененных нижнепалеозойских и докембрийских. Далеко не всегда трещины рассекают зерна в молодых отложениях. Обычно зерна без трещин имеют предельно высокие содержания калия и отвечают по составу глаукониту. Такие зерна отмечаются в донных осадках океана, и присутствуют в осадочных породах всех возрастов. В упомянутой выше формации Горнерстоун (палеоген) наиболее крупные зерна глауконита, почти не имеющие трещин, отличаются самым высоким содержанием калия. Таких примеров можно привести множество. Поэтому отсутствие трещин в нижнепалеозойских и докембрийских глауконитах, которые также отличаются высоким содержанием калия, может свидетельствовать о том, что трещины в древних глауконитах обычно и не возникали. Следовательно, такие трещины не являются обязательным признаком аутигенных глауконитов; в большинстве случаев они не могут считаться трещинами синерезиса первичных коллоидов, из которых образуется глауконит. Остается принять, что глубокие трещины возникают в результате изменения, когда зерна попадают при перемыве отложений в неблагоприятную для их сохранения среду, преимущественно в мезозойских и кайнозойских отложениях. Причина возрастного контроля процесса развития трещин кроется в чертах различия физико-химических условий среды диагенеза и седиментации.
Наряду с округлой и почтя сферической формой микроконкреции без трещин часто обладают уплощенной, овальной и эллипсоидальной формами. He исключено, что уплощенная их форма, как и конкреций вообще, определяется ростом в стратифицированном (сложном) осадке, тогда как округлая характерна для однородных (неслоистых) отложений.
Другим не менее дискуссионным, чем происхождение трещин и лопастной формы зерен, является вопрос о происхождении вермикулитоподобных (червеобразных, «аккордеонных») и пластинчатых слюдоподобных частиц глауконита. Гипотеза «глауконитизации» биотита возникла почти сорок лет тому назад, однако, кроме некоторого сходства формы зерен обломочных слюд и глауконита,других аргументов у сторонников этой гипотезы не появилось, хотя указания на псевдоморфозы глауконита преимущественно по биотиту в литературе встречаются постоянно.
В 1949 г., критически рассмотрев аргументацию В. Галлиером гипотезы «глауконитизации» биотита, Л.Н. Формозова пришла к выводу, что эти аргументы не бесспорны и могут толковаться иначе: 1) глауконит образуется в зоне осадков, куда чешуйки биотита уже не заносятся и 2) дебаеграмма «глауконитизированного» биотита отвечает скорее нонтрониту или вермикулиту, но не глаукониту. Превращение биотита в гидробиотит и вермикулит—процесс настолько хорошо изученный, что вошел в классику геологической литературы.
Что же касается перехода биотита в глауконит, то основным аргументом в пользу такого преобразования остается чисто внешнее сходство вермикулитоподобных зерен глауконита и измененного биотита.
Рассмотрим литературные данные. Рентгеновские исследования 9 вермикулитоподобных зерен и 8 лопастных из одного образца показали, что рентгенограммы отдельных зерен тождественны и очень сходны с рентгенограммой глауконита. А.В. Казаков, Л.И. Горбунова и У.И. Феношина проследили взаимопереходы в зернах от участков микроагрегатных к пластинчатым, слюдоподобным и на этом основании сделали вывод, что указанные разновидности отражают различную степень раскристаллизации минерала. К. Росс считал, что слюдоподобные зерна можно встретить в каждом, без исключения, образце, нужно только иметь в виду, что концентрация таких зерен невелика. Происхождение пластинчатых зерен К. Росс не связывал с трансформацией биотита, относя их к самым типичных глауконитам, пригодным к тому же для оптических исследований. В слюдоподобных глауконитах наблюдались включения зерен кварца, совершенно аналогичные по форме и размеру частицам этого минерала в микроконкрециях с микроагрегатным строением и рассеянным в массе породы. З.В. Бородаевской слюдоподобные зерна глауконита встречены в нижнеордовикских отложениях бассейна р. Подкаменная Тунгуска, причем в нижнем по наслоению пласте известняка отмечаются глобули как с микроагрегатной, так и слюдоподобной раскристаллизацией, а в лежащем выше песчанике микрозернистые глобули ассоциируются с отдельными слюдоподобными чешуйками расслоившихся при перемыве глобуль. Химический анализ чешуйчатого и микрозернистого глауконита из песчаника оказался тождественным (табл. 3.17) в пределах точности анализа, небольшие различия в содержании трехвалентного железа связаны, очевидно, с перемывом глауконита.
Формальные признаки зерен глауконита и их генетическое значение

Таким образом, не исключая вероятности псевдоморфного развития глауконита по биотиту и флогопиту, следует подчеркнуть, что основная масса пластинчатого и вермикулитоподобного глауконита образуется таким же способом, как и зерна с микроагрегатным строением; присутствие тех и других в одном слое (зерне и т. п.) свидетельствует о различной степени раскристаллизации аутигенного минерала.
В практику изучения внутреннего строения зерен глауконита, формы и размеров его микрокристаллов (или иначе — кристаллитов) вошел электронный микроскоп, вначале просвечивающий, а в настоящее время — сканирующий. С помощью электронограмм рассчитываются параметры элементарной ячейки глауконитов, по которым эти минералы диагностируются в группе диоктаздрических однослойных слюд. Устанавливаются различия морфологии кристаллитов глауконита в зависимости от содержания калия: от хлопьевидных и изометричных чешуек в низкокалиевых до таблитчатых и удлиненных планкообразных в высококалиевых минералах. Глаукониты с содержанием калия 8%и более, независимо от состава тетраэдрических и октаэдрических слоев обнаруживают одни и те же формы частиц: во всех образцах преобладают планкообразные частицы с отношением длины к ширине примерно 4:1 и таблички, часто ограненные, длина которых почти равна их ширине. Кроме того, в небольшом количестве присутствуют бесформенные хлопьевидные частицы. Форма и размер частиц не зависят от возраста минерала, что свидетельствует о том, что глаукониты хорошо сохраняют форму частиц как на стадии начального, так и глубинного катагенеза и не подвержены заметной перекристаллизации. Картины декорирования скола зерна глауконита показывают, что глаукониты с высоким содержанием калия являются, по-видимому, мономинеральными. В глауконитах обнаружены крупные поры, почти такие же, как в цеолитах.
Ультратонкие срезы устанавливают в зернах глауконита концентрическое и радиальное расположение частиц, что подтверждается и нашими данными при изучении зерен в сканирующем электронном микроскопе. Эта особенность внутреннего строения глобуль глауконита роднит их с силикатными оолитами, сферолитами и ооидами и подтверждает их конкреционную природу. Очевидно, общая природа всех названных форм выделения минералов обусловливает их близкие размеры (обычно 0,3—0,5 мм, редко 1—2 мм), позволяющие выделять их в группу микроконкреций. В литературе имеются указания па максимальный размер микроконкреций глауконита 5 мм.
Рассмотренные особенности зерен глауконитов позволяют различать четыре группы признаков, отражающих разные стадии их существования: 1) диагенетическое образование, 2) перемыв на месте образования, 3) транспортировка; 4) химические изменения при перемыве, транспортировке, а также на стадиях диагенеза в первичном и вторичном залегании, на стадиях катагенеза и гипергенеза. Условия диагенетического образования распознаются по форме, размерам и внутреннему строению микроконкреций, которые зависят от скорости и равномерности перераспределения растворенных компонентов в редукционной зоне осадка. Надежно они устанавливаются при отсутствии признаков трех других процессов (т. е. механического перемыва и транспортировки, вторичного изменения химического состава), что в природе бывает крайне редко потому, что глауконит образуется в самой нестабильной зоне моря — на мелководье.
Перемыв на месте ведет к увеличению концентрации глауконита, изменению первичной структуры осадка (породы) и нарушению цельности зерен (трещины, обломки). Такие же изменения структуры осадка и цельности зерен происходят при транспортировке с образованием терригенных отложений глауконита, но при этом концентрация последнего резко уменьшается (обычно не превышает 1—2%) по сравнению с таковой первичного осадка. Нa возможность химического изменения глауконита указывают признаки механических нарушений зерен и изменение твердости, однако окончательно это выясняется сравнением химического состава-первичных аутигеиных неизмененных и измененных (аутигенных, аллотигенных и терригенных) зерен минералов группы глауконита.