Кристаломорфологія топазу і берилу камерних пегматитів Коростенського плутону (північно-західна частина Українського щита)

Порівняння багатогранників топазу з різних мінералого-структурних зон пегматитів Коростенського плутона показало, що кристали із заноришів, особливо значних розмірів, мають найбагатшу морфологію. На головках індивідів із заноришів головними простими формами є f {011}, о {111}, u {112}, с {001}, y {021}, d {101}, X {023}. Кристали із зон вилуговування невеликі за розмірами до перших сантиметрів і їхнє огранення простіше. Так на головках важливою є лише призма f {011}, а дипіраміди о {111} та u {112}, хоч і трапляються частіше, ніж у заноришах, проте мають менші розміри, пінакоїд с {001} і призма d {101} також невеликі. Дрібні кристали пізньої генерації із метасоматично змінених порід огранені найбідніше: на них наявна лише призма f {011}. Загалом у вертикальному поясі кристалів незалежно від мінералого-структурної зони домінують призми М {110} та l {120}, інші форми - другорядні.

2. За матеріалами вперше виконаного статистичного опрацювання результатів гоніометричних досліджень топазу з'ясовано, що загальна частота прояву простої форми, практично, співпадає з морфологічною важливістю граней, що враховує не лише загальну частоту прояву, а й комбінаційну стійкість і відносний розвиток граней. Винятком є дипіраміди о {111} та u {112}: при майже однаковій частоті прояву о {111} за рахунок більшого розвитку граней важливіша за u {112}. Простежується чітка кореляція між розмірами кристалів та їхнім ограненням. Так на великих багатогранниках виявлено більше простих форм, частота прояву практично всіх простих форм на великих кристалах вища. Винятком є призма f {011}, що добре простежується за будь-яких умов на багатогранниках різного розміру. Для морфологічної класифікації головок кристалів топазу були вперше застосовані математичні методи. За допомогою кластерного аналізу виділено шість морфологічних типів кристалів топазу. Оскільки дві пари типів доцільно об'єднати, а нетипові індивіди виділити окремо, пропонується п'ять типів кристалів топазу.

3. Вперше здійснено аналіз кристалічної структури топазу з метою пояснення морфології його індивідів. Прості форми, які є морфологічно важливими за структурними підходами, повинні появлятися за будь-яких обставин і не можуть слугувати індикаторами умов утворення. За розрахунками ретикулярної густини плоских сіток, враховуючи гвинтові осі і площини ковзаючого відбиття, морфологічна важливість виявлених нами граней на головках топазів матиме наступний вигляд: f {011} - с {001} - о {111} - r {121} - u {112} - ф {131} - i {113} - ч {123} - d {101} - y {021} - в {012} - ? {114} - г {232} - ѓ {225} - h {103} - X {023} - Q {201}.

Найвищий рівень симетрії грані топазу у таких форм: a {100}, b {010}, c {001}, f {011} та призм {hk0}. РВС-вектори найважливішого типу в структурі топазу відсутні, тому виділення істинних F-граней так чи інакше суб'єктивне. Найважливіший напрямок в структурі топазу - [001], що підтверджується добре розвиненими гранями поясу [001]. Загалом до істинних F-граней можна віднести b {010}, c {001}, f {011} і, певною мірою, o {111}, оскільки вищезгадані пінакоїди та призма не утворюють замкнутої форми.

Отже, найважливішими формами на кристалах топазу згідно з законом Доннея-Харкера, РВС-векторів та симетрії грані за І.І. Шафрановським є: f {011}, b {010}, М {110}, l {120}, d {101}, o {111}, c {001}, y {021}. Всі вони, за винятком b {010}, добре простежуються на топазах Волині.

4. Уперше доведено, що у процесі кристалізації зі спадом температури морфологія багатогранників топазу збіднюється. Прості форми М {110}, l {120}, f {011} є габітусними практично на всіх кристалах. Морфологічна важливість c {001}, y {021}, d {101}, o {111}, u {112} зменшується з падінням температури. Рідкісні прості форми трапляються зазвичай на кристалах топазу, утворених за високої, тобто понад 400 °С, температури.

5. Уперше показано вплив, як загалом простішої кристаломорфології берилу, так і значного прояву процесів розчинення, на розвиток на його кристалах значно меншої кількості простих форм порівняно з топазом. Морфологічні типи кристалів берилу класифікують власне за розчиненими індивідами. На багатогранниках берилу виявлені такі прості форми: пінакоїд {0001}, гексагональні призми {100} і {110}, гексагональні дипіраміди {101} та {111} і дигексагональна дипіраміда {211}. На противагу топазу, морфологія індивідів берилу із зон вилуговування дещо багатша, ніж із заноришів. Дигексагональну дипіраміду {211} ідентифіковано лише на індивідах із зон вилуговування, а інші прості форми зафіксовано не лише в заноришах, а й в зонах вилуговування. Крім наявності дипіраміди {211}, багатогранники із зон вилуговування відрізняються домінуванням призми {110} над {100}.

6. Уперше виконаний аналіз структури берилу показав, що, виходячи з визначеної ретикулярної густини із врахуванням гвинтових осей та площин ковзаючого відбиття, найважливішими формами на кристалах берилу повинні бути {100}, {101}, {110} і {0001}. Найвища симетрія грані (6) для просторової групи, до якої належить берил, у пінакоїда {0001}, а потім у призм {100} і {110}. Істинними F-гранями берилу є лише пінакоїд {0001} і призма {100}. Комплексний структурний підхід визначає морфологічну важливість простих форм {0001}, {100}, а потім {110} і {101}.

7. З падінням температури кристаломорфологія берилу збіднюється, дигексагональна дипіраміда {211} зникає, а важливість гексагональної дипіраміди {101} зростає, хоча і при низьких температурах вона поступається частотою прояву і відносним розвитком {111}.

8. Порівнянням морфології кристалів топазу і берилу вперше виявлено, що для топазу і берилу типовий призматичний габітус, однак морфологія топазу багатша, на його індивідах виявлено значно більше простих форм. На кристалах топазу більше простих форм зафіксовано на індивідах із заноришів, на кристалах берилу - із зон вилуговування; великі багатогранники топазу відзначаються багатшою морфологією, а берилу - біднішою. Фігури розчинення на багатогранниках топазу не перешкоджають індексації простих форм, розчинення берилу часто робить неможливим гоніометричні дослідження. З падінням температури морфологія багатогранників не лише топазу, а й берилу збіднюється.

Відмінності кристаломорфології топазу і берилу камерних пегматитів Коростенського плутону добре корелюються з особливостями генезису мінералів: топаз формувався в кислотні періоди мінералогенезу, а берил - у лужні з мінералоутворювальних флюїдів, різко відмінні значення рН яких визначалися, насамперед, співвідношенням СО2, фтору і лугів флюїдного середовища формування мінеральних парагенезів з коштовним камінням.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Статті у наукових фахових виданнях:(Особистий внесок здобувача)

1. Вовк О. Кристаломорфологія топазу з камерних (заноришових) пегматитів Волині / О. Вовк, І. Наумко // Мінерал. зб. - 2005. - № 55, вип. 1-2. - С. 79-89. (Гоніометричні дослідження, їхній аналіз, виконання рисунків, статистичні розрахунки).

2. Вовк О. Зв'язок кристалічної структури з особливостями морфології топазу з камерних пегматитів Волині / О. Вовк, І. Наумко // Мінерал. зб. - 2013. - № 63, вип. 1. - С. 52-59. (Аналіз кристалічної структури топазу, визначення зрівноважених форм багатогранників, порівняння теоретичних розрахунків з результатами гоніометричних досліджень).

3. Вовк О. Кристаломорфологія берилу з камерних пегматитів Волині / О. Вовк, І. Наумко // Мінерал. зб. - 2013. - № 63, вип. 2. - С. 82-89. (Гоніометричні дослідження, побудова аксонометричних проекцій кристалів).

4. Вовк О.П. Особливості кристаломорфології топазу із камерних пегматитів Волині (за даними статистичних методів) / О.П. Вовк, І.М. Наумко // Мінерал. журн. - 2014. - Том 36, вип. 1. - С. 26-33. (Статистичне опрацювання результатів гоніометричних досліджень, визначення морфологічних типів кристалів топазу).

Статті у зарубіжних наукових фахових виданнях:

5. Вовк А.П. Связь ПЦС-векторов с кристалломорфологией берилла из камерных пегматитов Волыни (Украина) / А.П. Вовк, И.М. Наумко // Зап. Рос. минерал. об-ва. - 2014. - Ч. CXLIII, № 4. - С. 102-109. (Аналіз кристалічної структури берилу, визначення зрівноважених форм багатогранників, порівняння теоретичних розрахунків з результатами гоніометричних досліджень).

6. Праці, матеріали і тези доповідей:

7. Вовк О.П. Морфологія топазу у зв'язку з його кристалічною структурою / О.П. Вовк // Матер. наук. конф., присвяченої 90-річчю від дня народження академіка В.С. Соболєва (Львів, 8-10 червня 1998 р.). - Львів, 1998. - С. 50-51. (Аналіз кристалічної структури топазу).

8. Vovk O.P. Statistical investigations with purpose of reconstruction of mineral forming conditions in crystal morphology (using topaz for an example) / O.P. Vovk, I.M. Naumko // Abst. of the Mining Pribram Symposium “International Sections. Mathematic methods in Geology”. - Prague, 1999. - MC 46. (Гоніометричні дослідження кристалів топазу та їхня статистична обробка).

9. Naumko I.M. Crystallogenesis of topaz of chamber pegmatites of Korosten' plutone (Ukraine) / I.M. Naumko, O.P. Vovk // Abst. of 31th Intern. Geol. Congr. (Rio de Janeiro, August 6-7, 2000). - http: // cbrazil.dominal.com/g 0806021.pgf. (Гоніометричні дослідження кристалів топазу).

10. Вовк О.П. Ланцюги сильного зв'язку і форма кристалів топазу / О.П. Вовк // Матер. молодіжної наук. конф. «Наука про Землю - 2001». Тези доп. наук. наради (Львів, 19-21 жовтня 2001 р.). - Львів, 2001. - С. 11-12. (Аналіз кристалічної структури топазу).

11. Наумко И.М. О связи кристалломорфологических и генетических особенностей топаза из занорышевых (камерных) пегматитов Волыни / И.М. Наумко, А.П. Вовк // Матер. ХI Междунар. конф. по термобарогеохимии (Александров, 8-12 сентября 2003 г.). - Александров : ВНИИСИМС, 2003. - С. 108-111. (Гоніометричні дослідження кристалів топазу).

12. Наумко И.М. Генезис берилла в камерных пегматитах Волыни (по включениям в минералах) / А.П. Вовк, И.М. Наумко // Матер. ХVІ Всерос. конф. по термобарогеохимии (Иркутск, 10-14 сентября 2014 г.). - Иркутск : Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2014. - С. 38-39. (Гоніометричні дослідження кристалів берилу).

13. Вовк О. Вплив РВС-векторів на кристаломорфологію берилу з камерних пегматитів Волині / О. Вовк, І. Наумко // Мінералогія : сьогодення і майбуття : Матер. восьмих наук. читань імені академіка Євгена Лазаренка (присвячено 150-річчю заснування кафедри мінералогії у Львів. ун-ті) (Львів-Чинадієве, 11-14 вересня 2014 р.). - Львів, 2014. - С. 26-28. (Аналіз кристалічної структури топазу, визначення зрівноваженої форми індивідів, відповідно до структурних чинників).

АНОТАЦІЯ

Дисертацію присвячено дослідженню кристаломорфології топазу і берилу з різних мінералого-структурних зон камерних пегматитів Коростенського плутона, визначенню впливу структурних чинників та умов утворення на форму багатогранників цих мінералів. Гоніометрично досліджено понад 110 кристалів, побудовано 59 ортогональних та 41 аксонометричнy проекцій кристалів топазу і берилу, що дало змогу вперше в світі проілюструвати еволюцію їхньої кристаломорфології. Вперше чітко зафіксовано відмінності між багатогранниками топазу і берилу з різних мінералого-структурних зон камерних пегматитів Коростенського плутона. За результатами статистичного аналізу гоніометричних досліджень були визначені найважливіші прості форми багатогранників топазу із заноришів, виявлений зв'язок між розмірами кристалів та їхнім ограненням. Вперше за допомогою кластерного аналізу виділені морфологічні типи головок багатогранників топазу. Вперше досліджено вплив структурних чинників, зокрема ретикулярної густини, періодичних ланцюгів сильного хімічного зв'язку, тобто РВС-векторів та величини нескінченної симетрії грані, на кристаломорфологію топазу і берилу. Вперше доведений факт збіднення кристаломорфології топазу та берилу в процесі кристалізації з падінням температури.

Ключові слова: топаз, берил, кристаломорфологія, ретикулярна густина, РВС-вектори, симетрія грані, флюїдні включення, камерні пегматити, Коростенський плутон.

Диссертация посвящена исследованию кристалломорфологии топаза и берилла из разных минералого-структурных зон камерных пегматитов Коростенского плутона, определению влияния структурных факторов и условий образования на форму многогранников этих минералов. Гониометрически исследовались свыше 110 кристаллов, построены 59 ортогональных и 41 аксонометрическая проекции кристаллов топаза и берилла, что дало возможность впервые в мире проиллюстрировать эволюцию их кристалломорфологии.

На многогранниках топаза обнаружены следующие простые формы: в зоне [001] призмы М {110} и l {120}, хорошо развитые на всех образцах, независимо от минералого-структурной зоны пегматитов; иногда небольшие грани призм m 230}, g {130}, л {470}, U {160}, {410}, пинакоидов a {100}, b {010}. На головках кристаллов присутствуют грани пинакоида с {001}, ромбических призм f {011}, y {021}, X {023}, в {012}, d {101}, h {103}, Q {201}, ромбических дипирамид о {111}, u {112}, i {113}, ѓ {225}, е {114}, r {121}, ф {131}, г {232}, ч {123}. Дипирамиды ф {131}, г {232}, ч {123} на волынских топазах найдены впервые.

В результате гониометрических исследований было доказано, что кристалломорфология многогранников топаза из разных минералого-структурных зон камерных пегматитов Коростенского плутона заметно отличается. Для занорышей типичными являются крупные, богато ограненные кристаллы, головки которых сформированы хорошо развитыми гранями пяти-семи и более простых форм. Все простые формы, найденные на многогранниках из других минералого-структурных зон, присутствуют на топазах из занорышей. Морфологически самыми важными на головках кристаллов топаза из занорышей являются: f {011}, о {111}, u {112}, с {001}, y {021}, d {101}. Другие простые формы, хотя и достигают, иногда, значительных размеров, но проявляются гораздо реже. В зонах выщелачивания морфология кристаллов гораздо беднее. На головках кристаллов габитусными являются только грани призмы f {011}. Дипирамиды о {111}, u {112}, i {113} и призма d {101}, несмотря на высокую частоту встречаемости, не являются морфологически важными, так как не достигают больших размеров. Самая бедная огранка типична для кристаллов топаза поздней генерации из метасоматически измененных пород: на их головках установлена только призма f {011}.

Статистический анализ результатов гониометрических исследований кристаллов топаза позволил не только определить вышеназванные морфологически самые важные грани, но и проследить четкую закономерность между размерами кристалла и богатством его огранки. На больших (свыше 10 см по одной из кристаллографических осей) многогранниках найдено больше простых форм, чем на маленьких. Кластерный анализ позволил впервые выделить морфологические типы кристаллов топаза на математической основе.

Впервые исследовано влияние структурных факторов, в частности ретикулярной плотности, периодических цепочек сильной химической связи, т. е. РВС-векторов и величины бесконечной симметрии грани, на кристалломорфологию топаза. Таким образом, исходя из кристаллической структуры топаза, самыми важными в морфологическом отношении должны быть: f {011}, b {010}, М {110}, l {120}, d {101}, о {111}, с {001}, у {021}. Эти простые формы могут проявляться в любой среде, поэтому их нельзя использовать в качестве индикаторов условий образования минерала. На кристаллах волынского топаза все вышеназванные формы, за исключением пинакоида b {010}, встречаются довольно часто и нередко достигают значительных размеров.

Грани кристаллов берилла из камерных пегматитов Коростенского плутона в большинстве случаев покрыты разнообразной скульптурой, фигурами роста и растворения, что затрудняет их индексацию. Несмотря на это, на бериллах из занорышей обнаружены следующие простые формы: пинакоид {0001}, гексагональные призмы {100} и {110}, гексагональные дипирамиды {101} и {111}, а в зонах выщелачивания, кроме этих простых форм, еще и дигексагональная дипирамида {211}. В отличие от топаза, морфология индивидов берилла из зон выщелачивания несколько богаче, чем кристаллов из занорышей. Кроме наличия дигексагональной дипирамиды {211}, многогранники берилла из зон выщелачивания отличаются доминированием призмы {110} над {100}.

Топаз и берилл камерных пегматитов Коростенского плутона являются антагонистами в генетическом и кристалломорфологическом отношениях.

Большинство кристаллов топаза образовалось во второй кислотный период при температурах около 400 °С в результате свободного роста в занорышах и вследствие метасоматоза в зонах выщелачивания, pH минералообразующих растворов колебался от 4,3 до 5,6. Поздний топаз из метасоматически измененных пород кристаллизовался при температурах 180-200 °С. В то же время, температура кристаллизации берилла из занорышей составляет почти 400 °С, а в зонах выщелачивания - несколько выше. В метасоматически измененных породах температура кристаллизации берилла, в отличие от топаза, более высокая (до 500 °С). Величины рН индивидуальных включений в берилле составляют 7,5-8,5±0,2. Основная масса топаза и берилла образовалась при давлении, не превышающем 30-40 МПа.

Сравнивая морфологию и условия образования кристаллов волынского топаза ильменского и адун-чилонского типов из занорышей и поздних кристаллов из метасоматически измененных пород, впервые удалось доказать факт обеднения огранки топаза в процессе кристаллизации с падением температуры. Огранка кристаллов берилла с падением температуры также становится беднее, но в связи с меньшим количеством пригодных для гониометрии многогранников этот процесс описать сложнее.

Ключевые слова: топаз, берилл, кристалломорфология, ретикулярная плотность, РВС-векторы, симметрия грани, флюидные включения, камерные пегматиты, Коростенский плутон.

The work is devoted to investigation of crystal morphology of topaz and beryl from the different mineralogical-structural zones of chamber pegmatites of KorostenЧ pluton, to determination of influence of structural factors and terms of formation on the form of polyhedrons of those minerals. Over 110 of crystals have been researched goniometrically. The 59 ortogonal and 41 axonometric projections of crystals of topaz and beryl have been made, that gave an opportunity for the first time in the world to illustrate the evolution of it crystal morphology. For the first time the differences between the polyhedrons of topaz and beryl from the different mineralogical-structural zones of chamber pegmatites of KorostenЧ pluton have been clearly fixed. Based on results the statistical analysis of goniometric researches the major simple forms of polyhedrons of topaz from the chambers have been certain, the connection between the sizes of crystals and their habit have been set. For the first time the morphological types of heads of polyhedrons of topaz have been distinguished by cluster analysis. For the first time the influence of structural factors i.e. reticular dencity, PBC-vectors, and lattice symmetry of crystal faces on crystal morphology of topaz and beryl have been investigated. For the first time the fact of simplification of crystal morphology of topaz and beryl in the process of crystallization with falling of temperature have been proved.

Keywords: topaz, beryl, crystal morphology, reticular density, РВС-vectors, symmetry of face, fluid inclusions, chamber pegmatites, KorostenЧ pluton.

Размещено на Allbest.ru