Структуры и текстуры руды дают возможность судить о последовательности выделения минералов и минеральных ассоциаций и последующих их изменениях. Строение руды и состав парагенетических ассоциаций минералов могут косвенно свидетельствовать обо всех тех условиях (температуре, давлении, времени образования и исходном вещественном составе), при которых происходило отложение руды или ее изменение. Поэтому структурно-текстурные особенности руды имеют большое значение при определении генезиса и объяснении последующей геологической истории месторождения полезного ископаемого. Ниже рассматриваются характерные структурно-текстурные особенности руд, которые могут быть использованы при определении последовательности выделения минералов и минеральных ассоциаций и явлений метаморфизма в руде (Исаенко, 1975).

Признаки последовательности выделения минералов и минеральных ассоциаций. При установлении последовательного выделения минералов в ассоциации должны учитываться в совокупности следующие главнейшие признаки: 1) форма минерального зерна – идиоморфная, гипидиоморфная, аллотриоморфная и скелетная; 2) коррозия (разъедание) одного минерала другим; 3) цементация трещинок одного минерала другим.

Идиоморфные и гипидиоморфные очертания зерен образуются тремя способами – при ранней кристаллизации в растворе, при перекристаллизации вещества и при метакристаллическом замещении. Из них только первый тип кристаллов может свидетельствовать о последовательности, выделения минералов. Аллотриоморфные зерна, заполняющие промежутки между идиоморфными и гипидиоморфными, как правило, образуются последними.

Минеральные зерна, выделяющиеся из растворов при последовательной кристаллизации, имеют зональное строение. Другой их характерной особенностью является коррозия, развивающаяся в процессе кристаллизации. Коррозия одного минерала другим определяется по характеру границ и заливов. Обычно выпуклые, слабо выдающиеся наружу границы минерала, свидетельствуют о более раннем образовании его, а зазубренные границы, заходящие глубоко внутрь раннего минерала в виде узких заливов, характерны для более позднего минерала. Вдоль коррозионных границ в замещающем минерале почти всегда наблюдаются реликты – остатки замещаемого,-минерала. Вследствие резорбций* (резорбция – повторное растворение минералов) идиоморфных кристаллов образуются скелетные формы зерен. Иногда зерна более ранних минералов данной парагенетической ассоциации цементируются минералами, выделившимися последними.

Все перечисленные особенности последовательного выделения кристаллических зерен наблюдаются при изучении структур. Характерными структурами, указывающими на последовательное выделение минералов, являются гипидиоморфнозернистая, сидеронитовая, скелетная и реликтовая. Изучение большого количества полированных и прозрачных шлифов руды часто дает возможность наблюдать как одновременное отложение пары минералов в одних образцах руды (например, хромит и оливин), так и последовательное отложение этих же минералов в других образцах. Такие особенности их взаимоотношений указывают на явление перекрывающего отложения.

Возрастные взаимоотношения между минеральными агрегатами (ассоциациями), слагающими руду данного месторождения, определяются по текстурам, структурам и по вещественному составу. Текстуры являются одним из важных документов при выделении стадий минерализации. Каждая выделяемая стадия минерализации характеризуется определенными условиями минералообразования, которые прежде всего отражаются на морфогенетических особенностях минеральных зерен и агрегатов, на минеральном и химическом составе ассоциации.

Для минеральных агрегатов, образовавшихся в одну стадию минерализации, может быть установлено одновременное или последовательное отложение, а между минеральными агрегатами, отложившимися в разные стадии минерализации, устанавливается разновременное отложение. При одновременном отложении минеральных агрегатов в рудах наблюдаются массивная, вкрапленная, пятнистая и колломорфная текстуры. При последовательном отложении минеральных агрегатов образуются руды с полосчатыми, крустификационными и слоистыми текстурами. Характерными особенностями минеральных агрегатов, выделившихся последовательно один за другим, являются постепенные переходы между ними и отсутствие в них следов тектонического перерыва или несогласия.

Текстуры, свидетельствующие о последовательном отложении минеральных агрегатов в течение определенного этапа или определенной стадии минерализации, наблюдаются в рудах, отложившихся в процессе заполнения пустот, при кристаллизации магмы и седиментации осадков.

Разновременные минеральные агрегаты образуются при заполнении пустот и при процессах замещения. В этом случае более поздний минеральный агрегат или заполняет трещины и полости в раннем минеральном агрегате, или цементирует его обломки. При этом образуются текстуры: прожилковая, брекчиевая, кокардовая, друзовая, жеодовая, дендритовая и корковая. Разновременное отложение минеральных агрегатов легко устанавливается также по текстурам, которые получаются при замещении ранних минеральных агрегатов поздними. Формирующиеся при этом коррозионные текстуры (реликтовая, петельчатая, решетчатая, каемочная, графическая и др.) и разнообразные унаследованные текстуры являются наилучшим доказательством того, что процесс минералообразования происходил в несколько этапов или стадий минерализации.

Признаки пострудных изменений

К пострудным изменениям относятся главным образом выветривание и динамометаморфизм, такие процессы как диагенез, метаморфизм и выветривание, наблюдаются в рудах большинства месторождений различного генезиса. Пострудные изменения развиваются локально, захватывая отдельные части рудного тела или месторождения, или рудной зоны, при этом в одних участках месторождения могут преобладать первичные структурно-текстурные особенности, а в других – вторичные. Например, в рудах из зоны окисления наблюдаются одни текстуры и структуры, а в первичных рудах этого же месторождения развиты другие; руды, раздробленные вдоль нарушения, и руды, не измененные вдали от нарушения, будут значительно отличаться своим строением и т. д. Даже в сильно измененных рудах всегда остаются реликты первичных текстур и структур. Пострудные изменения налагают отпечаток также на минеральный состав руды.

Под влиянием выветривания в минералах образуются поры и трещины, в которых отлагаются новые минералы (гидроокислы железа и марганца, карбонаты меди и т. д.) или происходит метасоматическое замещение.

Под действием ориентированного давления и высоких температур, развивающихся при метаморфизме, изменяются форма и строение минерального зерна и агрегата. На первых стадиях метаморфизма зерна хрупких и твердых минералов дробятся на обломки различной формы и размеров, а зерна пластичных минералов сминаются, при этом в них изгибаются трещинки спайности, двойниковые полоски и т. д.

На последующих стадиях метаморфизма зерна приобретают округлую, овальную, пластинчатую и линзовидную форму. Удлиненные зерна минералов часто располагаются параллельно. Особенно легко изменяют свою форму зерна галенита, халькопирита, сфалерита, пирротина, молибденита, антимонита и графита. Полная перекристаллизация минералов в порфиробластовый и гранобластовый агрегаты наблюдается на последних стадиях метаморфизма.

При динамометаморфизме изменяется внутреннее строение кристаллов и метакристаллов. Первичное секториальное и зональное строение некоторых зерен частично или полностью уничтожается и образуются полисинтетические двойники давления, характеризующиеся одинаковой шириной полосок. Такие двойники особенно легко возникают в антимоните, молибдените, пирротине, сфалерите и др. В сланцеватых и полосчатых рудах наблюдается ориентированное расположение двойниковых полосок, обычно вытянутых длинной осью перпендикулярно к давлению. В полосчатых и массивных перекристаллизованных рудах кристаллобласты с полисинтетическим двойниковым строением располагаются в беспорядке.

Коллоидное минеральное вещество под влиянием агентов диагенеза и метаморфизма раскристаллизовывается. При этом иногда сохраняются реликты колломорфных текстур и концентрически-зональных структур, наблюдаемых в полированных и прозрачных шлифах.

При глубоком метаморфизме руд, например медноколчеданных, происходит образование венчиков и хвостов нарастания из удлиненных зерен переотложенных пластичных минералов вокруг порфиробластов пирита. Такие нарастания сложены халькопиритом, галенитом, хлоритом, серицитом и кварцем и развиты в «тенях давления», т. е. в участках наименьшего давления.

При метаморфизме руды изменяется ее минеральный состав: откладываются более устойчивые и простые минеральные виды (например, гидроокислы железа в процессе метаморфизма переходят в магнетит и гематит, пирротин превращается в агрегат пирита и магнетита и т. д.). Для руд метаморфизованных месторождений характерны вторичные структуры – катакластические и кристаллобластические.

Минеральные агрегаты под влиянием агентов динамометаморфизма подвергаются дроблению и смятию. В них происходят пластическая деформация и переотложение отдельных минералов. Так, например, массивная серноколчеданная руда дробится на обломки различной формы и размеров. Минеральные агрегаты, сложенные галенитом, сфалеритом, халькопиритом и другими пластичными минералами, образуют полоски, линзочки, микроскладки. Они затираются по трещинкам дробления в кварце и пирите с образованием мелких прожилков-просечек. При глубоком метаморфизме происходит переотложение пластичных минералов, возможно, также под влиянием гидротермальных растворов. Такие минералы цементируют тонкие трещинки дробления, расположенные в беспорядке или перпендикулярно к господствующей полосчатости или сланцеватости в руде. В метаморфизованных рудах характерными текстурами являются брекчиевая, брекчиевидная, гнейсовидная. сланцеватая, полосчатая, линзовидная, очковая, плойчатая.

Оценка физико-химических условий отложени.

Парагенетические минеральные ассоциации и структуры могут быть использованы как геологические термометры. В природе существует множество парагенетических ассоциаций минералов, одни из которых характерны для собственно магматических месторождений, другие – для постмагматических, третьи – для осадочных типов месторождений и т. д. В качестве геологических термометров могут быть использованы структуры и минералы, полученные экспериментальным путем (табл. 2)

Примечание. В скобках – количественное соотношение минералов в твердом растворе.

Большое значение для определения термодинамических условий рудообразования имеют кристаллобластические структуры, формирующиеся при распаде твердых растворов, при параморфном превращении минералов одной кристаллографической модификации в другую, при явлениях перекристаллизации, вызванных нагреванием или другими процессами. В этой группе наиболее детально изучены структуры распада твердого раствора, которые могут быть надежно использованы для определения температуры рудообразования.

Температура, при которой достигается гомогенное твердое равновесие пары минералов, устанавливает нижний предел отложения этих минералов.

Экспериментально доказано, что параморфный переход минералов, из одной кристаллографической модификации в другую происходит при вполне определенных температурах: 103–570^o. При этом изменяются форма, размер и внутреннее строение минеральных зерен. Последние несут следы двойникования и заметного раздробления, у них изменяются оптические свойства (явления поляризации и др.). В зернах высокотемпературных модификаций минералов развиты двойники превращения пластинчатой и веретенообразной формы. Зерна низкотемпературных модификаций характеризуются однородным строением. При параморфном превращении образуются кристаллобластические структуры. Эта группа кристаллобластических структур слабо изучена экспериментально и недостаточно описана в рудах, поэтому еще не выработаны надежные критерии для их распознавания.

Структурные и минералогические признаки параморфного превращения могут быть использованы для определения температуры отложения руды. Как известно, халькозин имеет две модификации: низкотемпературный ромбический, устойчивый при температуре меньше 103°, и высокотемпературный гексагональный, устойчивый при температуре больше 103°. Крупнозернистые агрегаты высокотемпературного гексагонального халькозина при охлаждении ниже точки инверсии (103°) превращаются в пластинчатые агрегаты низкотемпературного ромбического халькозина, а ромбический халькозин при нагревании переходит в гексагональный. Кроме термодинамических условий, на пара-морфные превращения влияет химический состав среды. Так, высокотемпературный гексагональный халькозин, содержащий в твердом растворе более 8 % ковеллина, становится устойчивым при нормальных температурах.

Наличие в руде агрегатов ромбического халькозина с реликтами гексагонального означает, что температура образования руды была выше 103°. Аргентит кубический и моноклинный представляют собой высоко- и низкотемпературные формы сульфида серебра с точкой инверсии 179°. Они отличаются друг от друга внутренним строением зерен. Высокотемпературный крупнозернистый кубический аргентит характеризуется наличием крупнопластинчатых двойников превращения. Зерна низкотемпературного ромбического аргентита не сдвойни-кованы. В рудах более широко распространен низкотемпературный аргентит.

Кубический сфалерит переходит в гексагональный вюртцит при 1020°, но присутствие в сфалерите железа в количестве ≈ 17 % снижает эту температуру до 880°. В природе в определенных условиях (в кислой среде, в зоне окисления или в осадочных месторождениях) вюртцит образуется при низких температурах.

Точно так же гессит, образующийся при температуре ниже 150°, приобретает аномальную анизотропию, проявляющуюся в форме неправильных пятен. Внутреннее строение зерен характеризуется пластинчатыми двойниками превращения.

Для определения температуры минералообразования важными являются точки инверсии кварца и особенно переход низкотемпературного а-кварца в более высокотемпературную модификацию р-кварца. Как теперь установлено, жильный кварц не весь представлен низкотемпературной формой, в некоторых жилах развит р-кварц.

В природе известны минералы, которые при нагревании имеют тенденцию превращения в устойчивую форму с образованием кристаллобластических структур. Такие превращения происходят при вполне определенной температуре. Так, например, марказит переходит в пирит при 450°, пирит в пирротин – при 615°, арагонит в кальцит – при 410°, кубанит в агрегат халькопирита и халькопирротина – при 235°, маггемит перекристаллизовывается в гематит при 210 – 500°, метациннабарит переходит в киноварь при 400°, сидерит в гематит – при 350–400°.

Известна способность самородных металлов и некоторых зональных сульфидов перекристаллизовываться при нагревании в процессе отложения или пострудного изменения при определенных температурах. Так, например, зональное самородное серебро перекристаллизовывается при 200°, зональная самородная медь – при 400–450°, а зональное самородное золото – при 360°. При перекристаллизации самородных металлов первичное зональное строение превращается в гранобластовое. Новообразующиеся зерна характеризуются однородным строением.

Построение схем последовательности выделения минералов

В итоге проведенных исследований по изучению вещественного состава и строения руды составляется схема последовательности выделения минералов и минеральных ассоциаций, на которой отражаются все главнейшие особенности процесса минералообразования. На схеме показываются рудообразующие минералы и характерные минеральные ассоциации, стадии и этапы минерализации, а также отмечаются геохимические особенности, свойственные каждой минеральной ассоциации. Минералы перечисляются в порядке их последовательного выделения. Перечень начинается с самого раннего минерала и заканчивается самым поздним по времени выделения минералом. Если минерал встречается в нескольких парагенетических ассоциациях, то он на схеме отмечается в каждой ассоциации. Различные генерации минерала обозначаются особыми индексами, иногда приводятся кристалломорфные и геохимические особенности, характеризующие генерации минералов. Различные генерации одного и того же минерала отличаются друг от друга по составу примесей химических элементов, по форме, размеру и внутреннему строению кристаллов и зерен. Для отдельных парагенетических ассоциаций иногда характерен определенный минерал, кристаллизующийся только в этой ассоциации и играющий роль типоморфного минерала. Обычно количество каждого минерала и его положение на схеме показывается в виде полосок различной толщины. Длина такой полоски обозначает время кристаллизации, а толщина – относительное количество минерала в парагенетической ассоциации. Над полосками показаны химические элементы-примеси, встречающиеся в данной генерации минерала. Вверху схемы помещены названия этапов минерализации, стадий и минеральных ассоциаций, а также их термодинамические параметры.

Этапом минерализации, или рудообразования называют крупные периоды процесса выделения минералов, характеризующиеся определенными геологическими и физико-химическими условиями, при которых формируется рудное тело или месторождение. Например, выделяют ассоциации, образовавшиеся в этапы магматический, постмагматический, выветривания и т. д. В постмагматических месторождениях и месторождениях выветривания (зона окисления сульфидных месторождений, кора выветривания на горных породах) процесс минералообразования внутри этапа подразделяется на стадии.

Стадией минерализации принято называть небольшой период миралообразования, характеризующийся образованием одной минеральной ассоциации. Каждая стадия минерализации отделена от предыдущих и последующих тектоническими нарушениями различной интенсивности, что отражается в появлении новых минералов, текстур и структур. Стадии минерализации на схеме нумеруются или называются по типоморфным минералам. В последнем случае названия стадий минерализации и названия характерных минеральных ассоциаций совпадают. Стадии могут быть разделены тектоническими и внутриминерализационными перерывами и даже внедрением межрудных даек. Под колонкой каждой стадии минерализации перечисляются характерные текстуры и структуры, а иногда приводятся данные по геохимии и физико-химические параметры природных минеральных систем.

Для каждого месторождения желательно составить две схемы последовательности минералообразования. Первая является более детальной и сложной, на ней показывают все парагенезисы и генерации минералов, вторая используется для обобщения и отображает только характерные минеральные ассоциации и главнейшие генерации минералов.