CC BY
166
УДК 553.82:550.84
© Н.Г. Барнов, Е.П. Мельников, 2015
Н.Г. Барнов, Е.П. Мельников
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ БЛАГОРОДНЫХ КОРУНДОВ
Показана четкая генетическая детерминированность химизма, физических свойств и парагенетических минеральных ассоциаций благородных корундов различного генезиса. Выделены типоморфные минералы, которые рассматриваются как индикаторы генетической, региональной и объектной принадлежности конкретных рубинов и сапфиров, что может быть использованно в их диагностике и оценке, а также в таможенном, следственном, коммерческом деле и в других целях. Затронутые вопросы требуют дальнейшей разработки.
Ключевые слова: корунды, типоморфные минералы, рубин, сапфир, моногенетические и полигенетические месторождения.
Введение
Рубин и сапфир являются благородными, т.е. прозрачными, ярко окрашенными разновидностями минерала корунда (А1203). Уступая по твердости только алмазу, но, имея яркий блеск и цвет рубина, глубокие синие непревзойденные цвета сапфира, нежные оттенки сапфира иной окраски, они вместе с алмазом, изумрудом и жемчугом всегда занимали и занимают особое место в мире драгоценных камней.
Главными носителями цвета, первого свойства, на которое обращается внимание при взгляде на самоцвет, -или хромофорами, обуславливающими идиохроматическую окраску драгоценных камней, - являются ионы переходных металлов: Ре, Со, N1, Мп, Си, Сг, V, и Т1. Они способны поглощать определенные длины волн в видимой области спектра, определяя таким образом цвет камня. В качестве элементов-примесей в состав рубина и сапфира входят 5 из них - Сг, V, Т1, Ре, Мп.
Установлено ([26], [17] и др.), что красный цвет рубина связан с примесью Сг3+, изоморфно замещающий А13+ в алюмокислородных октаэдрах. Оттенки цвета рубина определяются присутствием других хромофорных ионов: так, желтовато-коричневый от-
тенок создается примесью Ре3+, а синевато-фиолетовый - V3+. Окраска сапфиров вызвана примесями Ре3+, Ре3+, Т14+, иногда Мп4+, Сг3+. Например, желтый цвет обусловлен центрами Ре3+ и ионной парой Ре3++Ре3+, зеленый - парой Ре3++Ре2+, синий Ре2++Т14+ или парой Ре3++Ре2+, желто-розовый -Мп3+, а красноватооранжевая окраска маложелезистых сапфиров - падпа-раджа - сочетанием центров О- и Сг3+. Голубые и серовато-голубые сапфиры обладают александритовым эффектом, приобретая при искусственном освещении красноватый или фиолетово-красный оттенок. Этот эффект вызывается примесями Сг3+ и V3+. Другие примеси или радиационные центры окраски могут влиять на изменение цвета камня, но это изменение является весьма ограниченным и определяется термодинамическими и геологическими условиями роста кристаллов.
Цвет драгоценных камней зависит также от освещения, поскольку спектры вечернего электрического и дневного солнечного света различны. Существуют камни, которые при искусственном свете тускнеют, теряя привлекательность своей окраски (к ним относится сапфир), и такие, которые при вечернем свете улучшают свой цвет (рубин, изумруд).
Эксперименты по сложению цветов и исследования цветового зрения людей ([16]) позволили установить спектральную чувствительность трех отдельных цветовых рецепторов глаза человека, связанных с колбочками. Максимумы их чувствительности оказались близки к красному, зеленому и синему цветам. Таким образом, эти три цвета для человека оказываются особенными, выделенными. Возможно, что и особая привлекательность цветов изумруда, рубина и сапфира для большинства людей связана с физиологическими особенностями нашего зрения.
Генезис благородных корундов
Как и большинство других драгоценных камней, рубин и сапфир по-лигенны. В общем, корунд в петрохи-мическом отношении типичен для ассоциаций пересыщенных глиноземом и недосыщенных кремнеземом. Такие ситуации возникают в природе при различных геологических процессах. С учетом материалов предыдущих исследований ([24], [27], [20], [8], [3], [4], [25], [9]и др.) и собственных данных выделяются следующие генотипы месторождений благородных корундов:
1. Магматический
• в интрузивных щелочных лам-профирах;
• в вулканических щелочных базальтах.
2. Пегматитовый
• в сиенитовых пегматитах;
• в гранитных десилицированных пегматитах.
3. Метаморфогенный
• в мраморах и кальцифирах; в кристаллических сланцах и гнейсах; в мигматитах, гранулитах, чарнокитах и кондалитах; в регионально развитых метасоматитах (плюмазитах, скарнах, слюдитах, плагиоклазитах), генетически связанных с процессами метаморфизма.
4. Метасоматический
• в локальных слюдит-плагиокла-зитах, в эндоконтактах мафит-ультра-мафитовых комплексов.
5. Россыпи
• в экзогенных элювиально - делювиальных и аллювиальных отложениях.
При генетической систематике месторождений рассматриваемого типа учитывалась их геолого-тектоническая позиция, современные представления о минерагеническом аспекте регионального метаморфизма и их приложение к конкретным объектам рубин - сапфировой минерализации, наряду с должным учетом в их генезисе магматизма и метасоматоза ([21], [15], [13], [14], [3], [2], [12], [20]).
Авторы статьи особо подчеркивают важнейшую роль регионального метаморфизма в формировании многочисленных месторождений благородного корунда в различных по составу породах, что отражено в приведенном варианте их генетической классификации, а также возможность создания в данной генетической ситуации условий, благоприятных для образования рубинов и сапфиров высочайшего качества, считающихся эталонными в мире - «кашмирские» сапфиры, «мьян-манские» рубины. Дальнейшее изложение материала показывает четкую зависимость химизма, физических свойств, парагенетических ассоциаций минеральных микровключений в рубинах и сапфирах, соответствующую новой генетической типизации месторождений благородного корунда.
Не все генетические типы месторождений рубина и сапфира одинаково важны для добычи этих драгоценных камней. Так, благородные корунды пегматитового происхождения имеют очень малое промышленное значение. В незначительных объемах они добывались из образований данного генетического типа в Индии
(шт. Тамил Наду), Бразилии (шт. Гояс), Канаде (Банкрофт), России (Мурзин-ско-Адуйская полоса), но никогда не рассматривались в качестве перспективного источника их поступления на рынок. В связи с этим, при дальнейшем изложении мы будем касаться ко-рундсодержащих пегматитов только для общей характеристики мировых рубин - сапфироносных провинций.
И еще одно принципиальное замечание. Во все времена и всеми народами рубины и сапфиры добывались и в настоящее время извлекаются главным образом из россыпей, образующихся на склонах и в долинах рек при разрушении первичных коренных месторождений и перехода корунда, как минерала чрезвычайно устойчивого к механическому и химическому воздействию, в осадочные речные, реже озерные и морские, песчаногалечные отложения, откуда он легко извлекается простым просеиванием или промыванием, что экономически весьма рентабельно. Тогда как из плотных коренных базальтов, мраморов, гнейсов можно добыть самоцветы только с применением буровзрывных работ, дробления и других технологических способов, резко удорожающих стоимость добычи, которая становится нерентабельной, а добытое сырье дефектным в результате образования в кристаллах многочисленных техногенных трещин. Поэтому россыпи во всем мире являются важнейшим источником получения рубинов и сапфиров, а их добыча из коренных относительно мягких, по сравнению с другими горными породами, мраморов в ограниченных объемах ведется ручным способом только в Афганистане, Пакистане, Индии и некоторых других странах.
Следует также отметить, что такой устойчивый к внешним воздействиям минерал как корунд практически не изменяется в россыпях, за исключени-
40
30
5
Я
10
О
Рис. 1. Поле стабильности анортита, корунда и других минералов при высоких давлениях и температурах (по Ха-рия и Кеннеди)
ем обычно слабого истирания благодаря своей очень высокой твердости. Поэтому все свойства благородных корундов определяются их первичным коренным происхождением, а дальнейшее изложение посвящено описанию обусловленных генезисом физико-химических особенностей рубинов и сапфиров и характеристике их главнейших генетических типов месторождений - магматического, метаморфо-генного и метасоматического.
Магматические месторождения формируются из расплава основной и ультраосновной магмы, обогащенной рудными элементами - Ре, Со, N1, Т1, Сг и др., возникающей на глубине порядка 100 км от дневной поверхности в слое Земли, именуемом верхняя мантия при следующих термодинамических параметрах: температура ~1600 °С и литостатическое давление ~10-40 тыс. атмосфер (рис. 1). При определенных геологических условиях эта магма может внедряться в виде
Температура, "С
Рис. 2. Термодинамические параметры кристаллизации благородного корунда метаморфического (А) и метасоматического (Б) генезеса (по Н.Л. Добрецову и др.)
даек или тел сложной формы лампро-фирового состава в твердую земную кору или изливаться на поверхность Земли в виде крупных базальтовых лавовых потоков, испытывающих резкое охлаждение и быстрое застывание. Отмечается оплавление краев зерен ко-рундов. При снижении РТ-параметров фиксируется частичное растворение вплоть до полного уничтожения крис-талломорфологических особенностей минерала. Нередко в корундах из базальтов наблюдается регенерация резорбированной поверхности кристалла с образованием полевошпатовой оторочки, защищающей его от дальнейшего растворения при подъеме базальтовой магмы к земной поверхности ([18], [23]).
Метаморфогенные месторождения возникают в условиях твердой земной коры на глубинах до 20-50 км при последующем сжатии и разогреве любых ранее образовавшихся горных пород
в термодинамических условиях амфи-болитовой и гранулитовой фации метаморфизма (температура до 800 °С, литостатическое и тангенциальное давление до 15 тыс. атмосфер) с формированием за счет вещества ранних минералов, становящихся неустойчивыми в изменившихся РТ-параметрах, других поздних минералов, для которых новые РТ-условия являются благоприятными для существования. (рис. 2). Минералообразование происходит в твердой среде при относительно стабильном температурном и флюидном режиме, а главное при пониженных термодинамических параметрах, что способствует росту бездефектных кондиционных кристаллов. Образование при метаморфизме преимущественно красного корунда - рубина связывают с уменьшением его объема при вхождении хрома в структуру минерала ([8]).
Метасоматические месторождения образуются на относительно малых
глубинах (до 2-3 км) при температурах 400-600 °С и давлении не более 1-3 тыс. атмосфер. В этих условиях широкое развитие получают процессы аллохимического метасоматоза, деси-ликации пород и обогащение глиноземом минералообразующих растворов. Зоны метасоматоза развиваются, как правило, на контакте контрастных по составу пород (ультрамафитов и гра-нитоидов или мраморов и мафитов и т.п.), обменом компонентами между ними, дополнительным привносом вещества из глубинных зон Земли и частыми вариациями химического состава циркулирующих по зонам метасоматоза минералообразующих растворов. Все это способствует частым изменениям состава, вариациям структуры и свойств растущих кристаллов.
Проведенная систематизация и обобщение имеющихся материалов и собственных данных по месторождениям благородных корундов мира позволяют констатировать:
1. Генетическая типизация месторождений рубина и сапфира, опубликованная в журнале «Вестник геммологии» (№ 2 (5), 2002), отличается от ранее известных разделением на две метасоматических месторождений на две самостоятельные группы:
• собственно метасоматические, обязанные своим происхождением действию постмагматических гидротермальных растворов;
• метаморфогенно-метасоматиче-ские, генезис которых является логическим завершением в локальных зонах, как правило, многоэтапных процессов регионального метаморфизма.
Ранее было показано отличие свойств благородных корундов, систематизированных в соответствии с новой генетической схемой. В данной статье установлены отличия выделенных генетических групп месторождений рубина и сапфира в их геологической позиции, определяющей асе особенности структуры, состава и свойств минералов.
2. В связи с изложенным вводятся понятия моногенетических и полигенетических месторождений (провинций, поясов, регионов). К первым относятся месторождения магматического, пегматитового и собственно ме-тасоматического (постмагматического) происхождения, ко вторым - полих-ронные и полифациальные собственно метаморфические и метаморфо-генно-матасоматические месторождения.
Первая группа представлена магматическими месторождениями Восточной Австралии, российского Дальнего Востока, Восточного Китая, Индокитайского полуострова, Нигерии (?), Колумбии, США (шт. Монтана), пегматитовыми месторождениями Бразилии, метасоматическими месторождениями Кении, Танзании, Малави и др. Вторая группа объединяет однотипные по генезису (метаморфогенно-метасомати-ческие) месторождения Южной Азии (Мьянма, Таджикистан, Афганистан, Шри Ланка и другие страны), Восточной Африки (Мадагаскар, ЮАР), Среднего и Южною Урана, Карело-Кольского региона (Россия), Восточной Бразилии (шт. Минас-Жерайс и др.), Северной Каролины (США).
1. Браун Г. Драгоценные камни и геммология в Австралии // Вестник геммологии. -2002. - № 2.
2. Киевленко Е.Я. Геология самоцветов. - М.: Изд. «Экост», 2001.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Кисин А.Ю. Месторождения рубинов В мраморах (на примере Урала). - Свердловск, 1991.
4. Hughes R.W. Ruby&Sapphire RWH Publishing, Boulder, Colorado, USA, 1997.
5. Principáis depositos minerals do Brasil. Vol. IV, par. A, Brasilia, 1991,
6. Steven P., Youkovich S. Ruby mines of North Carolina. - Rocks and Miner., vol. 60, № 2, 1985.
7. Suwa Y. Gemstones, quality and value. Japan, Tokio, 1999.
8. Годовиков А.А. Минералогия. - М.: Недра, 1983. - C. 647.
9. Киевленко Е.Я. Геология самоцветов. - М.: Изд. Земля, 2001. - C. 582.
10. Кисин А.Ю. Месторождения рубинов в мраморах (на примере Урала). - Свердловск, 1991. - C. 130.
11. Кепежинскас В.В., Лучицкий И.В. Главные типы базальтовых ассоциаций в кайнозое Монголии / Очерки геологической петрологии. - М.: Наука, 1976. - C. 204.
12. Литвиненко А.К. Новые проявления благородного корунда и шпинели в карбонатных породах Юго-Западного Памира // Известия АН СССР. Серия геологическая. -1990. - № 6. - C. 125-129.
13. Мельников Е.П. Геология, генезис и промышленные типы месторождений кварца. - М.: Недра, 1988. - 216 с.
14. Мельников Е.П. и др. Минерагения месторождений драгоценных и поделочных камней Урала / Тез. докл. Второго Всесоюзного геммологического совещания. - Черноголовка, 1989. - C. 37-38.
15. Соколов Ю.М., Мельников Е.П. и др. Минерагения метаморфогенных месторождений горного хрусталя и гранулиров. кварца. - Л.: Наука, 1977. - 120 с.
16. Нюберг Н.Д., Юстова Е.Н. Исследования цветности зрения дихроматов / Труды ГОН. - М., 1955, вып. 143. - C. 33-93.
17. Платонов А.Н., Таран М.Н., Балиц-кий В.С. Природа окраски самоцветов. - М.: Недра, 1984. - C. 196.
18. Петров В.П. Петрографические проблемы формирования месторождений драгоценных и поделочных камней. - М.: Наука, 1980. - C. 10-18.
19. Россовский Л.Н. Месторождения драгоценных камней Афганистана // Геология рудных месторождений. - 1980. - № 3. -C. 74-88.
20. Россовский Л.Н., Коноваленко С.И., Ананьев С.А. Условия образования рубина в мраморах // Геология рудных месторождений. - 1982. - № 2. - C. 57-66.
21. Добрецов Н.Л. и др. Фации метаморфизма. - М.: Недра, 1969. - C. 432.
22. Фекличев В.Г. Диагностические константы минералов. - М.: Недра, 1989. -C. 480
23. Hughes R.W. Ruby and Sapphire, RWH, Publishing, Boulder, Colorado, USA, 1997, p. 511.
24. Iyer L.A.N. The geological survey of India, the geology and gemstones of the Mogok stone tract. Burma miners survey of India, 1953, v. 82, pp. 7-100.
25. Kane R.E. Ruby&Sapphire. RWH Publishing Boulder, Colorado USA, 1997.
26. Nikolskaya L.V., Terekhova V.M., Samoilovich M.J. On the origin of natural sapphire color - Phis, and chem. Miner., 1978, № 3, pp. 213-224.
27. Okrusch M., Bunch T.E., Bank H. Paragenesis and Petrogenesis of a Corundum -Bearing Marble at Hunsa (Kashmire). Mineral Deposita (Berlin), 1976, N211, pp. 278297. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Барнов Николай Георгиевич - кандидат геолого-минералогических наук, e-mail: barnov@inbox.ru,
Мельников Евгений Павлович - доктор геолого-минералогических наук,
профессор,
МГИ НИТУ «МИСиС».
UDC 553.82:550.84 GENETIC CLASSIFICATION OF GEM CORUNDUM DEPOSITS
Barnov N.G.1, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, e-mail: barnov@inbox.ru,
Meinikov E.P.1, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor
1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: ud@msmu.ru.
Relations between chemical and physical properties, paragenetic mineral associations of gem corundums of various genesis is shown. Characteristic mineral inclusions which are considered as indicators of a genetic and regional belonging of the rubies and sapphires and can be used in their diagnostics and an estimation are defined.
Key words: corundum, typomorphic minerals, ruby, sapphire, monogenetic and polygenetic deposits.
REFERENCES
1. Braun G. Vestnik gemmologii. 2002, no 2.
2. Kievlenko E.Ya. Geologiya samotsvetov (Geology of gems), Moscow, Izd. «Ekost», 2001.
3. Kisin A.Yu. Mestorozhdeniya rubinov v mramorakh (na primere Urala) (Ruby deposits in marbles (in terms of the Ural)), Sverdlovsk, 1991.
4. Hughes R.W. Ruby&Sapphire. RWH Publishing, Boulder, Colorado, USA, 1997.
5. Principais depositos minerals do Brasil. Vol. IV, par. A, Brasilia, 1991,
6. Steven P., Youkovich S. Ruby mines of North Carolina. Rocks and Minerals, vol. 60, no 2, 1985.
7. Suwa Y. Gemstones, quality and value. Japan, Tokio, 1999.
8. Godovikov A.A. Mineralogiya (Mineralogy), Moscow, Nedra, 1983, p. 647.
9. Kievlenko E.Ya. Geologiya samotsvetov (Geology of gems), Moscow, Izd. Zemlya, 2001, p. 582.
10. Kisin A.Yu. Mestorozhdeniya rubinov v mramorakh (na primere Urala) (Месторождения рубинов в мраморах (на примере Урала)), Sverdlovsk, 1991, p. 130.
11. Kepezhinskas V.V., Luchitskii I.V. Ocherki geologicheskoi petrologii (Sketch-book on geological petrology), Moscow, Nauka, 1976, pp. 204.
12. Litvinenko A.K. Izvestiya AN SSSR. Seriya geologicheskaya. 1990, no 6, pp. 125-129.
13. Mel'nikov E.P. Geologiya, genezis i promyshlennye tipy mestorozhdenii kvartsa (Geology, genesis and commercial types of quartz deposits), Moscow, Nedra, 1988, 216 p.
14. Mel'nikov E.P. Tezisy dokladov Vtorogo Vsesoyuznogo gemmologicheskogo soveshchaniya (Proceedings of II All-Union Gemology Conference), Chernogolovka, 1989, pp. 37-38.
15. Sokolov Yu.M., Mel'nikov E.P. Minerageniya metamorfogennykh mestorozhdenii gornogo khrustalya i granulirovannogo kvartsa (Minerogeny of metamorphogene deposits of rock crystal and granular quartz), Leningrad, Nauka, 1977, 120 p.
16. Nyuberg N.D., Yustova E.N. Trudy GOI (State Optical Institute Transactions), Moscow, 1955, no 143, pp. 33-93.
17. Platonov A.N., Taran M.N., Balitskii V.S. Priroda okraski samotsvetov (Nature of gem coloration), Moscow, Nedra, 1984, pp. 196.
18. Petrov V.P. Petrograficheskie problemy formirovaniya mestorozhdenii dragotsennykh i podelochnykh kamnei (Pertographical problems of generation of precious and ornamental stone deposits), Moscow, Nauka, 1980, pp. 10-18.
19. Rossovskii L.N. Geologiya rudnykh mestorozhdenii. 1980, no 3, pp. 74-88.
20. Rossovskii L.N., Konovalenko S.I., Anan'ev S.A. Geologiya rudnykh mestorozhdenii. 1982, no 2, pp. 57-66.
21. Dobretsov N.L. Fatsii metamorfizma (Metamorphism facies), Moscow, Nedra,1969, pp. 432.
22. Feklichev V.G. Diagnosticheskie konstanty mineralov (Constants for mineral diagnostics), Moscow, Nedra, 1989, pp. 480
23. Hughes R.W. Ruby and Sapphire, RWH, Publishing, Boulder, Colorado, USA, 1997, p. 511.
24. Iyer L.A.N. The geological survey of India, the geology and gemstones of the Mogok stone tract. Burma miners survey of India, 1953, v. 82, pp. 7-100.
25. Kane R.E. Ruby&Sapphire. RWH Publishing Boulder, Colorado USA, 1997.
26. Nikolskaya L.V., Terekhova V.M., Samoilovich M.J. On the origin of natural sapphire color Phis. and chem. Miner., 1978, no 3, pp. 213-224.
27. Okrusch M., Bunch T.E., Bank H. Paragenesis and Petrogenesis of a Corundum Bearing Marble at Hunsa (Kashmire). Mineral Deposita (Berlin), 1976, no 211, pp. 278-297.
