Структурные примеси в промышленном жильном кварце и породообразующем кварце гранитоидов

Структурные примеси в породообразующем кварцеразновозрастных магматических и метаморфических пород

Второе защищаемое положение. При кристаллизации магматических пород Кавказа концентрация структурных примесей Al и Ge в породообразующем кварце максимальна; в результате региональных метаморфических, метасоматических и гидротермальных преобразований, в том числе без изменения минерального состава пород, концентрация структурных примесей Al и Ge уменьшается; процесс преобразования пород происходил в нейтральных или кислых условиях.

Цель изучения структурных примесей в кварце из пород разновозрастных магматических формаций заключалась в определении влияния посткристаллизационных процессов и их длительности на концентрацию структурных примесей в породообразующем кварце. Методом ЭПР спектроскопии была изучена представительная серия образцов породообразующего кварца из магматических и метаморфических пород, детально исследованных традиционными геологическими методами. В качестве объекта исследований были выбраны разновозрастные кварцсодержащие интрузивные породы Большого Кавказа, батолита Сьерра-Невада (США), а также вулканические породы Эльбруса. Методом ЭПР спектроскопии было исследовано около 250 проб породообразующего кварца из интрузивных и эффузивных пород протерозойского, ранне-, средне-, позднепалеозойского, среднеюрского, мелового, плиоценового и четвертичного возрастов. Петрологическая, геодинамическая и возрастная характеристики магматических формаций и метаморфических серий, из пород которых исследован кварц, дана в работе Гурбанова и др. (1999).

Результаты измерения концентрации структурных примесей Al и Ge в породообразующем кварце изученных разновозрастных магматических и метаморфических формаций приведены на рис. 9 и 10.

Рис. 9. Концентрация структурной примеси алюминия в кварце
магматических пород Кавказа.

        Снижение концентрации структурных примесей Al и Ge в кварце из древнейших изученных пород допалеозойского и раннепалеозойского возраста по сравнению с кварцем молодых образований может иметь, по крайней мере, два объяснения. Возможно физико-химические условия кристаллизации кварца из древних пород отличались от таковых для молодых интрузивных комплексов, следствием чего стал изначально более низкий уровень концентрации структурных примесей в нем. Однако, более вероятно, что изначальная концентрация структурных примесей в породообразующем кварце из всех изученных пород была достаточно велика, но в результате более поздних вторичных процессов (например, регионального метаморфизма), неоднократно наложенных на древние породы, содержание структурных примесей в кварце резко уменьшилось. Естественно, что степень снижения концентрации структурных примесей должна зависеть от условий, в которых протекали вторичные процессы, и от их длительности. Колебания этих параметров и привели к большей вариации содержания структурных примесей в кварце из относительно молодых формаций (менее 300 млн. лет) по сравнению с древними формациями, для которых вторичные процессы, благодаря большой длительности и неоднократности, обеспечили некоторую равновесную, низкую концентрацию примесей.

Рис. 10. Концентрация структурной примеси германия в кварце
магматических пород Кавказа.

        Показателем вторичного изменения изученных интрузивных пород можно считать присутствие в их составе гидроксил-содержащих минералов (хлоритов, серицита и т.д.), которые приводят к увеличению содержания в породе так называемой “связанной” (H₂O⁺) воды. На рис. 11 показана зависимость концентрации примеси алюминия от содержания H₂O⁺ в породе. Эти данные подтверждают предположение о снижении содержания структурных примесей Al и Ge в результате наложенных процессов.

Влияние вторичных процессов на концентрацию структурных примесей в кварце подтверждается результатами экспериментального моделирования природных гидротермально-метасоматических процессов. При гидротермальной перекристаллизации кварца в кислых, нейтральных и слабо щелочных условиях концентрация структурных примесей Al и Ge снижается в 5-10 раз. Только при перекристаллизации в щелочных растворах (при pH около 9-10) концентрация примесных элементов не изменяется. Природные гидротермально-метасоматические процессы протекают чаще всего при более низких значениях pH. Аналогичные результаты были получены Rink et. al. (1993) при исследовании термолюминесценции кварца различного генезиса. Авторы показали, что для гранитов термолюминесценция породообразующего кварца, обусловленная структурными примесями Al и Ge, максимальна в самых молодых образцах (20 млн. лет). При возрасте пород более 300 млн. лет интенсивность люминесценции падает.

Рис. 11. Соотношение между концентрацией алюминия в кварце
и содержанием H₂O⁺ в породе.