CC BY
71
ÂeoHHuê, июнь, 2014 г., № 6
&
УДК 553.878
ОПАЛОВАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ НА МУТННВСКОМ ВУЛКАНЕ (КАМЧАТКА]
Т. В. Мостовая1, О. М. Топчиева1, Р. Л. Дунин-Барковский1, В. А. Петровский2
1Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский; topchieva2011@mail.ru 2Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар; petrovsky@geo.komisc.ru
Исследована впервые обнаруженная на Камчатке эндогенная халцедон-опаловая минерализация, охарактеризованы геологическая ситуация, состав вмещающих вулканитов, фазовый состав и наномикростроение минерализации. Выявленный благородный опал сопоставлен по оптическим и микроструктурным свойствам с типичным благородным опалом из месторождения Радужного в российском дальневосточном Приморье.
Ключевые слова: опалы, халцедоны, минералогия, вулкан Мутновский, Камчатка.
OPAL MINERALISATION ON THE MUTNOVSKY VOLCANO (KAMCHATKA]
T. V. Mostovaya1, О. М. Topchieva 1, R. L. Dunin-Barkovsky1, V. А. Petrovsky2
institute of volcanology and seismology DVO RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky 2Institute of Geology Komi SC RAS, Syktyvkar
Investigated first discovered in Kamchatka endogenous opal-chalcedon mineralization characterized geological situation of the host volcanic rocks, phase composition and microstructure of nano-mineralization. Revealed precious opal mapped by optical and microstructural properties of the typical noble opal deposits of the Raduzhny in the russian far east primorye.
Key words: opal, chalcedon, mineralogy, Mutnovsky volcano, Kamchatka.
Как известно, месторождения силицитовой халцедон-опаловой минерализации по генезису подразделяются на гипергенные и эндогенные.
Гипергенные силицитовые минерализации образуются в корах выветривания мел-миоценового возраста. Типичными примерами таких мине-рализаций являются месторождения в Центральной Австралии, на долю которых приходится 95—97 % мировой добычи качественного опалового сырья. Понятно, что уровень геологической изученности минерализаций этого генетического типа наиболее высок. Однако к настоящему времени большая часть гипергенных опало -вых месторождений выработана.
К эндогенным относятся силици-товые месторождения, приуроченные к молодым складчатым областям и генетически связанные с вулканическими породами. Такие месторождения известны в Чехословакии, Карпатских горах, Центральной и Северной Америке и Австралии. Они образуются путем осаждения кремнезема
из гидротермальных растворов при температурах от 50 до 200 °С. На долю эндогенных месторождений в мировой добыче приходится не более 5 %. Соответственно, и степень изученности эндогенных силицитовых минера-лизаций сравнительно невелика, в частности до сих пор неизвестны многие детали генезиса и истинное значение термодинамических параметров среды минералообразования [4]. Поэтому каждое новое открытие халцедон-опаловых минерализаций такого рода представляет собой большой научный интерес.
Геологическая ситуация
Проявления силицитовой минерализации открыты в Мутновском геотермальном районе (МГР), расположенном в 70 км южнее г. Петропавлов-ска-Камчатского. В региональном плане МГР входит в состав Восточной вулканической зоны полуострова (рис. 1), характеризующейся хроническим проявлением интенсивной вулканической и гидротермальной активности.
Мутновский геотермальный район сложен вулканогенными и вулка-ногенно-осадочными образованиями, возраст которых изменяется от раннего плиоцена до современности, т. е. в диапазоне примерно 5 млн лет. Наиболее ранние отложения обнажаются в глубоких эрозионных врезах речных долин. Они представлены конгломератами, песчаниками, алевролитами, туфогенными конгломератами, псефитовыми, псаммитовыми и алев-ропелитовыми туфами, толщей кислых эффузивов. Общая мощность раннеплиоценового комплекса составляет не менее 1800—2000 м. Отложения позднего плиоцена состоят из туфов и лав базальтового, андезиба-зальтового, андезитового и редко более кислого состава. Эти породы слагают полуразрушенные вулканические постройки, перекрывая с угловым несогласием эродированную кровлю нижележащих толщ, смятых в отлогие складки. К четвертичному возрасту отнесен комплекс лав, туфов, игним-бритов, туфобрекчий, пемз. Переот-
Вулкан Горелый
Ч 18291м ■
А/ 1 . *Л
г. Скалистая ,1406
* ^ V
Л
; А'
г. Двугорба
1501 м ; -)\
•< . - . V г....
1'. ( - > ^ч
*
■ ' / \
{, > г
I <
щя г '.
* д"
" :- " ", . 1 V ' 'г
^ > ' V /
Г . :>" - /г ли
1 _ ^ чшР Вуп
# ¿у
—; V ^Соо^е
? . . , —^ > V
Л*"«нкм 9.27.2012 »»Р 1» 149212' В*м«г*Тром*н Л. В*х*Т4
Рис. 1. Карта расположения системы вулканов Южной Камчатки. Мутновский геотермальный район отмечен прямоугольником
ложенные породы в пределах МГР имеют ограниченное распространение. Это кальдерно-озерные вулканические пески и валунно-галечнико-вый аллювий речных долин [2].
Проявление опал-халцедоновой минерализации и опализированных пород установлено на восточном и юго-восточном склонах горы Двугорбой. Здесь обнаружены кварц-халцедон-опаловые жилы с сульфидами толщиной до 20 см, сопровождающиеся зонами опализации мощностью в несколько метров. Развитие силици-товых жил по трещинам северо-запад-
ного и северо-восточного простирания (рис. 2) прослеживается до вершины сопки Двугорбой [5, 6].
Преобладающим типом пород здесь являются андезиты, дациандези-ты, реже встречаются и более кислые разности, вплоть до риолитов. Базальты и андезибазальты в пределах хребта распространены незначительно, концентрации когерентных для ба-зальтоидов элементов в них варьируются (г/т): N1 9-45, Сг 6-43, V 160— 390, Со 6—43. При этом наиболее высокие значения N1 и Сг у наиболее магнезиальных разновидностей по-
род. Содержание Бг, 2г и Ва в базальтах и андезибазальтах относительно высокое и стабильное, а Мэ, напротив, низкое и неустойчивое. Так, в базаль-тоидах содержание (г/т ) Шэ колеблется от 5 до 30, Ва — от 200 до 450, 2г — от 75 до 150, а Бг — от 350 до 500. Наиболее обогащенными Шэ, Ва, 2г и обедненными Бг оказались лавы с повышенным содержанием калия. Наиболее кремнекислые разности вулканитов — дациты и риодациты — имеют самый высокий уровень содержания редкоземельных элементов (У + Ьп =62—86 г/т [7]).
Судя по геологической ситуации, опал-халцедоновая минерализация на Камчатке является эндогенной, но, вероятно, контаминированной материалом экзогенного происхождения, вследствие чего и образовались опа-литовые горки с большой примесью глинистой составляющей. Важной особенностью этой минерализации является молодой возраст вмещаю -щих пород — тысячи лет, тогда как на многих других месторождениях этот возраст колеблется в пределах 20—60 млн лет.
Свойства минерализации
Проявления халцедон-опаловой минерализации хорошо выражены в рельефе (рис. 3, а). В россыпи халцедонов наблюдались глыбы до 40 см в поперечнике, в виде валунов и более мелкого материала. В некоторых образцах есть вкрапления и дендриты темного цвета, под бинокуляром в них установлены рудные минералы. Образцы халцедонов — массивные, плотные, без трещин и миндалин, очень прочные, вследствие чего распиловке и раскалыванию поддаются с некоторым трудом (рис. 3, б).
Опалы в россыпи образуют обломки размером до 20 см. По окраске широко варьируются, подразделяясь на почти белые, кремовые, серые, сизые, оранжевые, красно-вишневые, вишнево-сизые, голубоватые, смешанные цвета (рис. 3, в). По физико-механическим свойствам среди опалов различают плотные без трещин, хрупкие трещиноватые, легкие с большим количеством пустот и полостей. Все разновидности легко поддаются обработке.
В процессе дробления крупных образцов нами были обнаружены иризирующие пленки опала и маленький прожилок благородного опала светлой окраски с зеленовато-желто-розовыми оттенками (рис. 4). В ряде
Рис. 2. Границы поля гидротермальных изменений [6]: 1 — структура зоны кальдер-ного обрушения и размещения в ней зон гидротермально измененных пород, внешний дуговой разлом; 2 — внутренние дуговые и линейные разломы; 3 — граница зоны гидротермальных изменений; 4 — участки наиболее интенсивной гидротермальной проработки лав; 5 — зоны развития кварц-опаловых жил. Звездочкой и кружком показаны места нахождения россыпей соответственно опалов и халцедонов
'ВгаиНии, июнь, 2014 г., № 6
&
Рис. 3. Типичный ландшафт (а) территории, на которой обнаружены россыпи халцедонов (б) и опалов (в)
образцов опалесцирующие (синевато-серого цвета) участки представляют собой не пленки, а именно прожилки. При этом пленки видны только на поверхности свежих сколов, на естественных поверхностях образцов опал рыхлый и обесцвеченный.
Таким образом, к настоящему времени на Мутновском проявлении установлены три геммологические разновидности опала — прозрачный
обыкновенный опал, непрозрачный обыкновенный опал (кахолонг) и благородный опал, т. е. опал с проявлением эффекта опалесценции.
Детальное изучение найденных образцов позволяет выделить в них множество микроструктур опалов. Некоторые образцы с поверхности очень похожи на кремнистые жеоды, но внутри сложены однородным мелкозернистым агрегатом с тенденцией
Рис. 4. Иризирующие пленки на поверхности образцов опалов под микроскопом
А
- s ; • -
■
уплотнения в направлении к поверхности. Именно на участках уплотнения и обнаруживается опал с игрой цвета в оранжево-красных тонах. Несколько образцов имеют зональную окраску и особенно плотную структуру.
Необходимо отметить, что распределение опал-халцедоновой минерализации в рассматриваемом районе неравномерное. Наибольшие скопления опалов или халцедонов имеют непосредственное отношение к отвесным склонам восточной части г. Двугорбой.
Как известно, обычные и благородные опалы, похожие на макроуровне, легко различаются особенностями микронанометровой структуры. Так, при изучении мутновских благородных опалов на атомно-сило-вом микроскопе (рис. 5) нами было установлено, что они в основном сложены а-кристобалитом и могут быть отнесены к группе кристобалит-три-димитовых — КТ-опалов [8], в которую входят и вулканогенные благородные опалы из проявлений в российском дальневосточном Приморье, Словакии, Мексике, Африке. Однако в нашем случае выявляется значительное уширение кристобалитового рен-тгендифракционного пика (рис. 6), что указывает на некоторое кристаллическое несовершенство а-кристо-балита.
Особый интерес вызывает найденный прожилок благородного опала размером 0.540.3 см. Снимки на АСМ подтверждают, что структура его глобулярная, но в отличие от структуры опалов месторождения Радужного в Приморье не слишком упорядоченная (рис. 7). Также необходимо отметить, что видимые крупные глобулы состоят из скопления более мелких, т. е. весь опал представляет собой отдельные скопления глобул, но в отличие от опалов Радужного эти скопления не имеют видимой гексагональной и ку-
щ \ * ■
- '' '
V v*\VVr*
4 чТ - V
• ■
Рис 5. Мезонанометровая структура опаловой минерализации: А — аморфная фаза SiO2; Б — глобулы благородного опала; В, Г — кристаллы КТ-опала. Получено на АСМ, Dimension Icon Scan Asyst
Рис. 6. Основное рентгеновское отражение в структуре благородного опала из проявления на г. Двугорбой (1) в сопоставлении с дифракционной картиной типичных образцов КТ-опалов (2) и А-опалов (3)
бической упаковки. Это свидетельствует о том, что опалы формировались довольно быстро и в целом проявление не будет источником благо -родного опала, за редкими исключениями [1, 3]. Полевые работы 2012 г. выявили коренные выходы опалов, и на основе их первичного изучения можно сделать вывод о неперспективном поиске благородного опала в том районе. Актуально изучение проявления на рудные компоненты и технические опалы. Также стоит уделить внимание проявлению опалов с точки зрения геолого-минералогических процессов.
Образцы обыкновенного опала исследовались и на микроструктурном уровне. С помощью электронного микроскопа был получен ряд снимков, на которых можно увидеть разнообразное строение частиц минера-
□
■ ^ Jt и Г
Ж V X18.DW Ijjn 12 Л0 SEI
Рис. 7. АСМ-изображение мезонаномет-ровой структуры прожилкового благородного опала
Рис. 8. СЭМ-изображение микроструктуры обыкновенного опала из Мутновско-го проявления. А — кремнезем, Б — пластинчатое строение зерн опала
лов БЮ2, шестоватые агрегаты карбоната и пластинчатое строение некоторых зерен опала. В этих образцах нет необходимой микроструктурной организации БЮ2, свойственной благородному опалу, но некоторые особенности их образования все же определить можно. Так, на рис. 8 видно, что для обыкновенного опала характерны хаотические срастания кристаллов кристаллами КТ- опала с нерегулярным их распределением. Подобные микроструктуры вообще характерны для опалов гидротермального происхождения в связи с вулканическими системами [8].
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.
Из пород Мутновского вулкана и его окрестностей в настоящее время идет активный вынос кремнезема, переотлагающегося с образованием эндогенной халцедон-опаловой минерализации. Причиной этого является активное функционирование относительно локальной гидротермальной системы в течение первых тысяч лет (наиболее древний возраст вулканитов с наложенной халцедон-опаловой минерализацией). В составе этой минерализации выявлены обе геммологические разновидности опала —
обыкновенная и благородная. По данным рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии, основу сили-цитовых минерализаций составляет КТ-опал с преобладанием структурно несовершенного а-кристобалита.
Авторы выражают благодарность за помощь в исследованиях сотрудникам Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН: Г. П. Авдейко, И. Ф. Делеменю, Г. А. Карпову, В. А. Полетаеву, М. Ю. Пузанкову; сотруднице Дальневосточного геологического института А. В. Баркар; сотруднику Научно-исследовательского геотехнологического центра О. Б. Селянгину.
Литература
1. Баркар А. В., Мостовая Т. В. Структура вулканогенных благородных опалов вулкана Мутновского, Камчатка: данные атомно-силовой микроскопии и дифрактометрии: Доклад IX Региональной молодежной научной конференции 1—2 декабря 2011 г. Петропавловск-Камчатский, 2011.
2. Вакин Е. А., Кирсанов И. Т. Термальные поля и горячие источники Мутновского вулканического района // Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток, 1976. С. 85—114.
3. Высоцкий С. В., Галкин Н. Г. Гидротермальные благородные опалы месторождения Радужного (Северное Приморье): природа опалесценции // Тихоокеанская геология. 2010. Т. 29. № 4. С. 82—90.
4. Денискина Н. Д., Калинин Д. В. и др. Благородные опалы (природные и синтетические). Новосибирск: Наука, 1987. 183 с.
5. Словцов И. Б. Отчет по теме минералого-петрографическое описание скважин Мутновского месторождения парогидротерм ДО АН СССР. Петропавловск-Камчатский, 1988.
6. Шарапов В. Н, Симбирев И. Б. и др. Магматизм и гидротермальные системы Мутновского блока Южной Камчатки. Новосибирск: Наука, 1979.
7. Чащин А. А., Мартынов Ю. А. Петрология пород вулканов Горелый и Мутновский (Южная Камчатка). Владивосток: Дальнаука, 2011. 270 с.
8. Brain Jones, Robin W. Renault. Microstructural changes accompanying the opal-A to opal-CT transition: new evidence from the siliceous sinters of Geysir, Haukadalur, Iceland. 2007. 28 p.
Рецензент д. г.-м. н. В. И. Силаев
