CC BY
145
Поваренных М. Матвиенко Е.Н.
УДК 549:552.08
М.Ю. Поваренных
Е.Н. Матвиенко
Новое макроскопическое свойство горных пород — фрустумация — как проявление квантования-кусковатости
горнопородного уровня пространственно-временного континуума
*Поваренных Михаил Юрьевич, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Института истории естествознания и техники им. Н.И. Вавилова РАН (ИИЕТ РАН, Москва) E-mail: mpovarennykh@mail.ru
**Матвиенко Елена Николаевна, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН (Москва)
Развитие идей В.И. Драгунова и Д.В. Рундквиста об элементарных ячейках горных пород и академика М.А. Садовского о дискретности геофизической среды («естественной кусковатости») привело к установлению нового макроскопического горнопородного явления - первичной кусковатости, или фрустумации (от латинского «фрустум» - кусок), сначала для простых по минеральному составу и генезису, а затем и для полиминеральных и сложных по генезису горных пород. Предпосылки этого содержатся в работах С.М. Бескина, А.Г. Жабина, И.С. Делицина, А.Н. Никитина, О.А. Суставова, Н.З. Евзиковой, В.В. Индутного и М.Ю. Поваренных, а ранее -в статье Д.С. Коржинского о локальном («мозаичном») равновесии в неравновесных геологических процессах и некоторых работах В.Ф. Левинсона-Лессинга.
Ключевые слова: элементарная ячейка горных пород, фрустум (кусок), агрегат минеральных зёрен, УФ-люминесценция, электронная микроскопия.
Идея о сложении горной породы не только минеральными зёрнами, но и закономерными агрегатами минеральных зёрен, минимальными по размерам, трансляцией которых при помощи симметрийных (или гомологических) операций возможно воспроизвести её целиком («элементарными ячейками»), была высказана В.И. Васильевым, В.И. Драгуновым и Д.В. Рундквистом1. К выводу о сущностном значении при классификации гранитов их «макрофизиографии» («структурной формулы») пришёл С.М. Бескин и др.2. Ими была феноменологически установлена закономерная приуроченность определённого редкометалльного оруденения к гранитам трёх макрофи-зиографических типов. Закономерную агрегативность зёрен кварца в мономинеральных кварцевых породах (наличие устойчивых ансамблей из не менее чем 25 зёрен) начиная от осадочных несцементированных песков и песчаников до метаморфогенных кварцито-песчаников установил И.С. Делицин3.
Подобные же результаты наблюдений взаимной ориентировки кварцевых зёрен и образования закономерных агрегатов в мономинеральных кварцевых жилах опубликованы в статьях А.Н. Никитина4 и О.А. Суставова5. Попытки
1 Васильев В.И., Драгунов В.И., Рундквист Д.В. «Парагенезис минералов» и «формация» в ряду образований различных уровней организации // ЗВМО. 1972. Часть С1. Вып. 3. С. 281-289.
Бескин С.М., Ларин В.Н., Марин Ю.Б. Редкометальные гранитовые формации. Л.: Недра. 1979.
3 Делицин И.С. Структурообразование кварцевых пород. М.: Наука.1985. Никитин А.Н. Образование пьезоэлектрических текстур в кварцсодержащих горных породах // Физика Земли. 1996. № 10.
Данная статья написана во исполнение научного завещания доктора геолого-минералогических наук, профессора, члена Совета Российского минералогического общества Аркадия Григорьевича Жабина (1934-2007), светлой памяти которого ее с благодарностью посвящают авторы.
Мир не может быть без границ, без разбиений...
Пётр Густав Дирихле (1805-1859)
Введение
С. 15-21.
5 Суставов О.А. Структуры кристаллизации кварца в жильных полостях // Урал. мин. школа. 2005. Екатеринбург. Изд-во УГГУ, 2005. 93 с.
визуализировать пространственную регулярность, аналогичную кристаллической решётке в кристаллах минералов, в гранитах и ряде других горных пород с помощью дифракции субмиллиметрового радиоволнового излучения с длиной волны 2^4 мм предпринимались Р.Л. Бродской1.
В более общем плане академиком М.А. Садовским высказывалась идея о дискретности геофизической среды («естественной кусковатости»), для уровня горных пород, выражающаяся в наблюдении квантования размеров продуктов их разрушения взрывом, и была установлена так называемая иерархическая шкала кусковатости с «преимущественными» размерами кусков (3^5, 20^25 и 450^500 мм)2. Близкие выводы об иерархичности структурной организации геологических тел высказаны Н.З. Евзиковой и нами3. Академиком Д.С. Коржинским4 выдвинуто положение (не конкретизированное в минерально-структурном плане и без указаний на возможность его визуализации в горных породах) о локальном - «мозаичном» - равновесии в неравновесных природных геологических процессах. Нам с помощью минералого-петрографических методов изучения вещества удалось установить ранее не визуализированное макроскопическое горнопородное явление - первичную кусковатость (агрегативность, скрытую текстуру, или фрустумацию)5 сначала для простых по минеральному составу и генезису, а затем и для полиминеральных и сложных по генезису макроскопически однородных и нетрещиноватых образцов горных пород6.
Новое макроскопическое явление в горных породах
В связи с тем, что обнаруженное явление фрустумации горных пород располагается понятийно как бы в погра-ничье между «структурой» и «текстурой» (и ранее называлось нами «элементарной ячейкой» горных пород, надструктурной характеристикой, первичной кусковатостью, агрегативностью), стоит обсудить сами эти понятия. Анализируя вопрос о содержании понятий «структура» и «текстура» в геологии, мы насчитали 29 различающихся между собой определений этих терминов.
Согласно Геологическому словарю, «структура агрегата характеризуется абсолютными и относительными размерами и формой индивидов, способом их сочетания, а также внешними особенностями отдельных минеральных зёрен и агрегатов»7, «текстура горных пород - совокупность признаков строения горных пород, обусловленных относительным расположением и распределением составных частей породы» , а «текстура руд - особенности строения рудной массы, обусловленные ориентировкой и пространственным соотношением различных минеральных агрегатов, слагающих руду9. Если логически следовать приведённым определениям, то широко используемое понятие «текстура массивная» представляет собой нелепость, поскольку подразумевает отсутствие текстуры. А если к этому прибавить, что Геологической словарь даёт автономные ряды «структур» и «текстур» для трёх множеств с неясными границами (1 - магматические и метаморфические породы, 2 - осадочные породы и 3 - руды), то становится понятной невозможность привести их в единую систему.
Для изучения фрустумации (первичной кусковатости горных пород) нами проведён комплекс разномасштабных исследований (от нано- до дециметрового уровня) наиболее простых по генезису горных пород с использованием традиционных минералого-петрографических методов (поляризационная микроскопия, фотолюминесценция, рентгенофа-зовый и микрорентгено-спектральный анализы), а также лазерной ультразвуковой эхоскопии, УЗИ-томографии и нейтронографии. Первичная кусковатость нами первоначально выявлена в мономинеральных горных породах различного генезиса при воздействии коротковолнового ультрафиолетового излучения (длина волны А=254 нм): хемогенно-осадочном крупнозернистом галите (Соликамское и Балтийское месторождения, Пермская и Калининградская области, Россия); метаморфогенном мелко-среднезернистом статуарном доломит-кальцитовом мраморе (Каррарское месторождение, Тоскана, Италия) и доломитовом мраморе Кибик-Кордонского месторождения (Красноярский край, Россия);
1 Бродская Р.Л., Виноградов Е..А., Голованов В.И., Ирисова Н.А., Черепанов В.А. Обнаружение пространственной периодичности в структуре горных пород методами дифракции и радиовидения // Препр. 19. Ин-т Общ. физ. АН СССР. М. 1991. 7 с.
2 Садовский М.А. Естественная кусковатость горной породы // ДАН СССР. 1979. Т. 247. Вып. 4. С. 829-831; Он же. О распределении размеров твердых отдельностей // ДАН СССР. 1983. Т. 269. № 1. С. 69-724; Садовский М.А., Болховити-нов Л.Г., Писаренко В.Ф. О свойствах дискретности горных пород // Препр. ИФЗ АН СССР. 1981. Вып. 1. С. 15-28.
3 Евзикова Н.З. Общие принципы структурной организации геологических тел // Тр. Конгр. «Фундаментальные проблемы естествознания». Т. II. 2000. СПб. С. 24-38; Поваренных М.Ю. О пространственной регулярности («элементарной ячейке») горных пород // Тр. конф. «Биохимические карбонаты антропогеновых озер и источников». Пермь. 1989.С. 138-151; Он же. О фрустумации (свойстве первичной кусковатости, фрагментации) горных пород и её влиянии на их дробимость и возможность крупнокускового обогащения // Тр. годич. собр. РМО. СПб. 200б. С. 168-176; Он же. Об установлении нового свойства горных пород - скрытой текстуры // Доклады РАН. 2008. Т. 419. № 2. С. 233-236; Поваренных М.Ю., Бескин С.М. Применение современных технических и аналитических средств выявления первичной кусковатости (фрустумации, или образования «элементарной ячейки») горных пород. Тр. I Всерос. сем. технолог. минер. Петрозаводск. 2006. С. 138-145; Поваренных М.Ю., Жабин А.Г. Фрустумация (первичная кусковатость) горных пород как проявление квантования-зернистости горнопородного уровня простремени // Уральский геол. журнал. 2007. № 5 (59). С. 51-60; Поваренных М.Ю., Рассулов В.А., Матвиенко Е.Н. О скрытой текстуре (фрустумации) наиболее простых по минеральному составу и генезису горных пород // Мшер. журн. 2014. Т. 36. № 1. С. 88-10; Поваренных М.Ю., Загубный Д.Г., Корчуганова. Н.И Поиски благородного опала в Южной Австралии с использованием дистанционных методов // Разведка и охрана недр. 2014. № 7. С. 31-40; Поваренных М.Ю., Матвиенко Е.Н. Развитие теории минералогии и петрографии. Теоретико-системное обоснование естественной классификации горных пород и построения Периодической Системы Минералов. Саарбрюккен. LAP LAMBERT. 2014. 117 с.
4 Коржинский Д.С. О равновесии при процессах минералообразования // Известия АН СССР. Сер. Геол. 1965. № 2. С. 128-131.
5 В отличие от феноменологически наблюдавшегося А.М. Садовским с сотрудниками явления дробления горных пород взрывом на дискретные гранулометрические фракции (и названного им «естественной кусковатостью» - блочностью), нами в неразрушенных горных породах визуализируется первичная кусковатость - скрытая текстура, существующая до разрушения и, возможно, регулирующая его. Поэтому установленное явление предлагается называть фрустумацией - первичной кусковатостью (от латинского frustum - кусок).
6 'Поваренных М.Ю. О фрустумации...; Он же. Об установлении нового свойства горных пород...; Поваренных М.Ю., Бескин С.М. Указ. соч.; Поваренных М.Ю., Матвиенко Е.Н. Указ. соч.
7 Геологический словарь. В 2 т. М.: Недра. 1973. С. 269.
8 Там же. С. 300.
9 Там же.
метаморфогенном шокшинском (Карелия), уфалейском, кыштымском, тасеевском и егустинском кварцитах и миасском кварцито-песчанике (Урал, Россия); магматогенном среднезернистом кальцитовом безрудном карбонатите (Большета-гнинское месторождение, Саян, Россия); метасоматическом крупнозернистом датолитовом скарне Дальнегорского месторождения (Приморье, Россия); первично магматогенном автометасоматически изменённом мелко- среднезернистом амазонит-альбитовом редкометалльном граните, а также в крупнозернистом альбит-амазонитовом редкометалльном граните (Этыкинское танталовое месторождение, Забайкалье, Россия); первично магматогенном гидротермально изменённом крупнозернистом силицитовом ядре пегматита (Калба, Казахстан); первично магматогенном автометасоматически изменённом средне-мелкозернистом щелочном редкометалльном граните Зашихинского тантало-ниобиевого месторождения (Восточная Сибирь, Россия); лейкократовом двуполевошпатовом мансуровском граните (Башкирия); обыкновенных и драгоценных опалах (включая искусственные) разного генезиса (из месторождений Либанка, Словакия; Кубер-Педи, Андамука, Лайтнинг Ридж, Квинсленд, Южная и Центральная Австралия; Воло и Мезезо, Эфиопия; Эрандике, Гондурас; Радужное, Северное Приморье; Липовка, Урал; Халилово, Башкирия, Россия; Кара-Оба, Казахстан; Акари, Перу; Харт-Маунтин, Орегон, и Йеллоустонский национальный парк, США; Куэнтеро, Мексика).
При вращении образцов ни интенсивность люминесцентного свечения, ни границы первичных кусков - закономерных ансамблей минеральных зёрен с различной её интенсивностью - не изменялись. Механическая обработка (распиловка для приготовления шлифов алмазным инструментом и шлифовка абразивными порошками) также не влияла на положение границ первичных кусков с различной интенсивностью люминесцентного свечения. На дерива-тографе Q-1000 (Венгрия) в ИГЕМ РАН в диапазоне температур от 100 до 900оС исследованы дифференциально-термические характеристики первичных кусков, составляющих изученный ранее в УФ-лучах образец кибик-кордонского доломитового мрамора. Наблюдались значимые отличия в потере веса вещества из люминесцировав-ших голубым цветом первичных кусков и люминесцировавших тёмно-фиолетовым: цветом: 43.3% и 45.1% соответственно. Порошковые образцы этих же первичных кусков, составляющих кибик-кордонский доломитовый мрамор, исследовались с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-3М (НПО «Буревестник», СССР) в режиме на отражение (геометрия Брегга-Брентано). Съёмку проводили в кварцевых кюветах без усредняющего вращения, порошковые образцы закреплялись при помощи ацетона. Регистрация велась в пошаговом режиме на интервале углов 29 = 10-60°, шаг по 29 = 0,1о при экспозиции в точке 2с. При совмещении дифрактограмм вещества светло-голубого и тёмно-фиолетового фрустумов отмечена идентичность по положению основных отражений доломита (преобладающая фаза) и отличия их относительной интенсивности (наиболее явственные на дальних углах по 20), что свидетельствует1 о различном содержании изоморфных между собой Са2+ и Mg2+.
С помощью метода лазерной ультразвуковой эхоскопии (ультразвуковой импульсный метод отражённых волн) на установке, смонтированной в Международном лазерном центре МГУ имени М.В. Ломоносова, просканировано 26 отшлифованных дециметрового размера внешне нетрещиноватых и однородных образцов горных пород плоскопараллельной формы. В качестве источника лазерных импульсов использовался импульсный твёрдотельный Nd:YAG-лазер, работающий в режиме модуляции добротности с длиной волны X = 1,06 мкм, максимальной энергией импульса Е=200 мкДж при длительности в 15 нс. При этом диаметр светового пучка лазера, фокусирующегося на исследуемом образце, составлял 5 мм. Световой импульс по оптоволоконному кабелю попадал в оптоакустический преобразователь, в котором формировались акустические волны с минимальной длительностью до 100 нс. По акустическому треку, полученному от образцов в режиме эхоскопии, и значению их толщины с учётом плоскопараллельности вычислялись скорость распространения в них продольных упругих волн и глубины залегания дефектов, картина расположения которых в обработанном с помощью компьютерной программы виде выводилась на дисплей (рис. 1).
Рис. 1. Визуализированная методом лазерной ультразвуковой эхоскопии картина скрытой текстуры (фрустумации, или первичной кусковатости) мономинеральных горных пород (кибик-кордонского мел-ко-среднезернистого кальцит-доломитового мрамора, А; кыштымского мелко-среднезернистого гранулированного кварцита, В). Толщина образцов - 13 и 12 мм соответственно. Верхняя часть рисунка - исходная картина, нижняя - ретушированная.
Для всех исследованных образцов горных пород наблюдались разные картины неоднородного внутреннего строения, интерпретируемые как наличие закономерных агрегатов минеральных зёрен (первичных кусков), разграниченных между собой системами макроскопической трещиноватости.
Методом УЗИ-томографии на установке по УЗИ-томографии, смонтированной в лаборатории Ц-03 сейсмометрии и геоакустики геофизического отделения геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (аналитик Владов М.Л.), при частоте 100 кГц исследовано внутреннее строение макроскопически однородного светло-серого
1 Поваренных М.Ю., Бескин С.М. Указ. соч.; Поваренных М.Ю., Рассулов В.А., Матвиенко Е.Н. Указ. соч.
мелко-среднезернистого двуполевошпатового мусковитового гранита Мансуровского месторождения (Башкирия). С помощью программы АКТАКОМ было обработано 625 акустических замеров и визуализировано его фрустумацион-ное строение (фото 1 цветной вкладки, с. 335).
Примеры фрустумации в равнозернистых горных породах
Характерные размеры и форма первичных кусков (фрустумов) в этих исследованных горных породах существенно различаются. Наименьшие по числу их слагающих минеральных зёрен наблюдаются в мономинеральных горных породах: датолитовом скарне из Дальнегорска, силицитовом кварцевом ядре пегматита Калбы, мозырьском галите, кибик-кордонском и статуарном каррарском мраморе: около 20^50 зёрен в сечении (площадь 1-2 кв см) и около 70^150 зёрен в объёме. Фрустумы в кальцитовом карбонатите состоят из 50^70 зёрен кальцита в срезе (площадь 2-3 кв см) и около 200^300 зёрен в объёме, а самые крупные зафиксированы в полиминеральных горных породах - этыкинском амазонит-альбитовом граните и тырныаузском липарите и содержат более 1000 минеральных зёрен калиевого полевого шпата, кварца, альбита, слюды и акцессорных минералов. То же относится и к визуализируемым без облучения жёстким ультрафиолетом фрустумам типа гексагональных ячеек в метасоматически изменённых амазонит-альбитовых редкометалльных гранитах Этыкинского и Ачиканского массивов (Забайкалье, Россия), а также образованиям спиралевидной формы в метагранитах Украины (Капустинский и Корнинский массивы) и щелочных овоидофирах (нефелиновых сиенитах) Ловозёрского массива (Россия). Морфология фрустумов и способ выполнения ими горнопородных тел, судя по исследованным образцам, весьма прихотливая, и для её описания, вероятно, придётся применять теорию фракталов. Объяснение описанного явления возможно, по нашему мнению, лишь при использовании синергетического подхода в науке о горных породах и представлении о них как о результате возникновения первичных ансамблей (парагенезисов) минеральных зёрен и их кооперативного поведения, в отличие от представления о горной породе как о простом наборе минеральных зёрен.
В искусственных благородных опалах размер фрустумов, визуализированных с помощью длинноволнового УФ-излучения и подтвержденных на РЭМ, варьировал в пределах 0,3^1,3 мм, а их форма была прихотливой в плане (фото 2 цветной вкладки на с. 333 и рис. 2) и конусовидно-столбчатой в сечении.
О
Рис. 2. Расположение глобул кремнезёма в разных фрустумах образца искусственного благородного опала (фото 2Б1 цветной вкладки на с. 335), иризирующих синим и зелёным цветом: А - слева от границы II рода (в «синем» фрустуме). Размер монодисперсных слабо грануломорфных глобул кремнезёма, упакованных в «гексагональный» вариант квазиплотнейшей упаковки, составляет в среднем 242,5 нм. Расстояние между соседними интерстициями - 221 нм (в оптическом диапазоне соответствует синему цвету, À = 440-485 нм); Б - справа от границы II рода (в «зелёном» фрустуме). Расположение глобул кремнезёма с явно заметным «квадратным» мотивом искаженной кубической плотнейшей упаковки. Размер глобул составляет в среднем 230 нм. Расстояние между соседними интерстициями около 248 нм (соответствует зелёному цвету, À = 495-565 нм).
Для образцов благородных опалов (БО) измерен средний диаметр фрустумов (кусков-кластеров, иризирующих по-разному), и можно вычислить плотность облекающей эти фрустумы системы первичной агрегативной нанотрещиновато-сти. Всего изучено 16 образцов природных (12) и синтетических (4) благородных опалов: По месторождению Лайтнинг Ридж (штат Новый Южный Уэльс, Австралия) - 2 образца. Характерные размеры (усреднённый диаметр) составляющих их фрустумов - 2,0 мм. По месторождению Кубер-Педи (штат Южная Австралия, Австралия) - 3 образца. Характерные размеры фрустумов - 2,7 мм. По месторождению Харт-Маунтин (штат Орегон, США) - 1 образец. Характерный размер составляющих его фрустумов - 2,5 мм. По месторождению в Словакии (Либанка, Червенице) - 1 образец. Характерный размер фрустумов - 2,0 мм. По месторождению Акари в Перу - 2 образца. Характерные размеры составляющих их фрустумов - 2,0 мм. По месторождению в Эфиопии (провинция Воло) - 3 образца. Характерные размеры их фрустумов -1,5 мм. Искусственных опалов - 4 образца. Характерные размеры фрустумов: А - (pin-fire) - 0,05 мм; Б - (ИОМ-2) - 2,5 мм; В - (Дубна) - 0,1 мм и Г - (гильсонит) - 1,0 мм.
Расчет доли микропористости, приходящейся на субмикротрещинные границы фрустумов, апертура которых оценена (с использованием также данных сканирующей электронной микроскопии) в среднем как A = 0,25 мкм, произведен по формуле Vf * Nf , где Vf = 4п *d2 * A - объем трещины вдоль границы одного условно сферического фрустума (диаметром d) и Nf = 6/nd3 - их количество в единичном объеме образца. Ранее одним из результатов исследования ряда образцов относительно простых по генезису и мономинеральных мелкозернистых горных пород - кварцитов, мраморов и обсидианов - с помощью метода SANS (малоуглового рассеяния нейтронов) в ОИЯИ (Дубна, Россия) явилось установление размерного порядка этой системы первичной агрегативной нанотрещиноватости (аперту-
ра трещин составила 50-400 нм, в среднем - 60 нм), образующей ветвящуюся сеть по всему объёму изученных пород. Опалы же являются супертонкозернистыми мономинеральными горными породами, состоящими из агрегата мельчайших минеральных индивидов субмикронного размера (150^450 нм) — глобул кремнезёма (рис. 3). Изучение разномасштабной трещиноватости проводилось в образцах разных горных пород на малоугловом нейтронном спектрометре ЮМО-реактора ИБР-2. В качестве дальнего детектора использовался новый позиционно-чувствительный детектор. Измерения проведены в стандартной геометрии. Образцы закреплялись в держателе, который помещался в бокс с контролируемой температурой. Обработка данных проведена с помощью пакета программ SAS. Рассеяние нейтронов проходило на пористо-трещиноватых структурах внутри вещества изученных образцов горных пород. Результаты свидетельствуют о наличии двух типов первичной субмикротрещиноватости: один - на размерном уровне приблизительно от 4 нм (мы интерпретируем его как индукционные поверхности, растущих совместно им близодновременно зёрен минералов) и второй - на размерном уровне до 60 нм для мраморов из двух различных месторождений.
Рис. 3. Схема внутреннего строения опалов и типов воды в них (интерпретация результатов исследования ИК- и рамановской спектроскопии и термоволюметрии)1.
Рис. 4. Границы I (А) и II рода (Б) в опале - микротрещины с апертурой в доли микрон. А - граница I рода, благородного опала (справа) и обыкновенного. Б - границы II рода, между фрустумами, в прожилке благородного опала, проявленные травлением. Месторождение Кубер-Педи (Австралия). Образец КП-БО-3/13 (см. фото 2А цветной вкладки на с. 335). Изображение во вторичных электронах. Электронный микроскоп LEO SUPRA 50VP, режим низкого вакуума (40 Па азота), ускоряющее напряжение 20 кВ. Образец протравлен в 15% -ной HF в течение 60 сек. Фото А.В. Кнотько. Ретушировано.
Исследование внутреннего строения опалов проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа SUPRA 50VP LEO (рис. 4-6). По результатам исследования внутреннего строения природных и искусственных благородных опалов с помощью сканирующего электронного микроскопа большого числа образцов разного генезиса различных месторождений мира можно сделать предварительный вывод: в отличие от некоторых образцов искусственного БО, выращенных в спокойных автоклавных условиях, где отмечаются усечённо-столбчатые формы фрустумов (так называемые 3D-фрустумы), в природных БО, выросших в неспокойных условиях, они отличаются слоистой толстотаблитчатой или пластинчатой текстурой (так называемые 2D-фрустумы)2 (рис. 6).
1 Поваренных М.Ю., Рассулов В.А., Матвиенко Е.Н. Указ. соч.; 2Поваренных М.Ю., Матвиенко Е.Н. Указ. соч.; Высоцкий С.В., Курявый В.Г., Карабцов А.А. Наноструктура благородного опала месторождения Радужное (Северное Приморье, Россия) // ДАН. 2008. Т. 420. № 4. С. 516-519; Florke O.W., Gaetsch H., Martn B., Roller K. Wirth R. "Nomenclature of Micro-and Non-Crystalline Silica Minerals, Based on Structure and Microstructure." N. Jahr. fur Min.-Abh 163 (1991): 19-42; Fritsch E., Gaillou E. Ostroumov M., Rondeau B., Devouard B. Barreau A. "Relationship between Nanostructure and Optical Absorption in Fibrous Pink Opals from Mexico and Peru." Eur. Jour. Miner. 16 (2004): 743-752.
2 Rondeau B., Fritsch E., Mazzero F., Gauthier J.-P., Cenki-Tok B., Bekele E.. Gaillou E. "Play-of-color Opal from Wesel Tena, Wollo Province, Ethiopia." Gems & Gemology 46.2 (2010): 90-105; Milos G. Opal Mineralization of Western Carpathians: Mineralogy and Petrogenesis. Bratislava: Comenius Univ. Bratislava. Fac. Nat. Sc. Geol. Inst., 2011. 178 p.; Jones J.D., Segnit E.R. "The Occurrence and Formation of Opal at Coober Pedy and Andamooka." Australian Journal Sci. 29.5 (1996): 129-133; Коржинский Д.С. О равновесии при процессах минералообразования // Известия АН СССР. Сер. геол. 1965. № 2. С. 128-131.
Рис. 5. Форма минеральных наноиндивидов, составляющих природные и искусственные обыкновенные и благородные опалы, широко варьирует: А - сфероподобные, Б - грануломорфные, В -стручковидные, Г - веретенообразные и Д - волокна-фибриллы.
Д
Рис. 6. Характер фрустумации в искусственных и природных благородных и обыкновенных опалах:
А - Б1 и Б2 - ДО).
Выводы о природе фрустумации
Рассмотрение скрытой текстуры - первичной кусковатости горных пород как их синергетического свойства, по сути, может способствовать включению теории Д.С. Коржинского1 в более общую теорию диссипативных структур Ильи Пригожина2 и диссипативной саморепликации Джереми Инглэнда3. Скрытая_текстура, возможно, является макроскопической визуализацией так называемого «мозаичного равновесия» в неравновесных горных породах, и она даёт представление не только о нижнем размерном пределе этих отдельных элементов «мозаики», но и о форме и характере границ этих своеобразных горнопородных фаз. Для объяснения явления фрустумации в БО (визуализируемого мозаичным узором иризации) предлагается теория ДЛФО (Дерягина - Ландау - Фервея - Овербека) для сильно заряженных частиц коллоидного размера4 и её расширение Ильёй Пригожиным5 и Джереми Инглэндом6. На рис. 7А видно, что размеры фрустумов в искусственном геле кремнезёма соответствуют расстоянию между 1-м и 2-м барьерами притяжения на рис. 7Б, но они меньше, чем фрустумы в БО (фото 2, цветная вкладка на с. 335). По имеющимся данным7, это может быть связано с уменьшением потенциального барьера отталкивания глобул кремнезема из-за увеличения ионной силы минералообразующего раствора. Вариации в размерах и форме фрустумов зависят, по-видимому, от условий консервации и созревания геля кремнезёма (периоды без сильных землетрясений и локальных перепадов давления).
ш
5 I
та ш
5 *
^
та I-О
си х т
<и *
к
I-
О.
с
/ Umax 1 и . . min
II III min 2 Н
min 1
А
Б
Рис. 7. Образование первичных фрустумов в синтетическом геле кремнезёма из сильно заряженных сферических глобулей коллоидного размера (А)8 и потенциальная кривая энергии (^ их взаимодействия (Б)9. Пунктиром выделен один из первичных фрустумов (А).
ЛИТЕРАТУРА
1. Бескин С.М., Ларин В.Н., Марин Ю.Б. Редкометальные гранитовые формации. Л.: Недра. 1979. 280 с.
2. Бродская Р.Л., Виноградов Е.А., Голованов В.И., Ирисова Н.А, Черепанов ВА Обнаружение пространственной периодичности
в структуре горных пород методами дифракции и радиовидения. Препринт 19. М.: Ин-т Общ. физики АН СССР, 1991. 7 с.
3. Бродская Р.Л., Марин Ю.Б. Использование стереометрических методов в онтогеническом анализе горных пород //
ЗВМО. 1979. Ч. 108. Вып. 2. С. 141-153.
4. Васильев В.И., Драгунов В.И., Рундквист Д.В. «Парагенезис минералов» и «формация» в ряду образований различных
уровней организации // ЗВМО. 1972. Ч. С1. Вып. 3. C. 281-289.
5. Высоцкий С.В., Курявый В.Г., Карабцов А.А. Наноструктура благородного опала месторождения Радужное (Северное
Приморье, Россия) // ДАН. 2008. Т. 420. № 4. С. 516-519.
6. Геологический словарь. В 2 т. М.: Недра. 1973. 943 с.
7. Делицин И.С. Структурообразование кварцевых пород. М.: Наука.1985. 191 с. 8.
8. Делицин И.С. Элементарная ячейка горных пород и механизм их самоорганизации // Идея развития в геологии: Веще-
ственный и структурный аспекты. Новосибирск. 1990. С. 273-280.
9. Денискина Н.Д., Калинин Д.В., Казанцева Л.К. Благородные опалы (природные и синтетические). Новосибирск: Наука.
1987. 173 с.
10. Евзикова Н.З. Общие принципы структурной организации геологических тел // Тр. Конгр. «Фундаментальные пробле-
мы естествознания». Т. II. СПб., 2000. С. 24-38.
1 Коржинский Д.С. Указ. соч.
2 Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Non-Equilibrium Systems: From Dissipative Structures to Order Through Fluctuations. New York: J.Willey&Sons. 1977. 347 р.
3 Dissipatio ergo sum [Электронный ресурс] // Русская планета. 2014. 26 января. Режим доступа: http://rusplt.ru/world/dissipatio-ergo-sum-7642.html.
4 Derjiagin B.V., Landau L.D. "Theory of Stability of Strongly Charged Lyophobic Sols." Acta Physicochim. USSR 14 (1941): 633-662; Verwey F.I.W., Overbeek J.Th. Theory of Stability of Lyophobic Colloids. Amsterdam: Elsevier, 1948. 287 p.
5 Nicolis G., Prigogine I. Ibid.
6 Dissipatio ergo sum...
7 Самойлович Л.А., Балакирев В.Г., Самойлович С.М. Некоторые особенности микроструктуры синтетического и природного благородного А-опала // Разведка и охрана недр. 1995. № 3. С. 23-27; Сердобинцева В.В., Калинин Д.В., Восель С.В. Формы коллоидного кремнезёма, участвующие в образовании благородного опала, и механизм окремнения его гелевых кристаллов // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 8. С. 1116-1120; Денискина Н.Д., Калинин Д.В., Казанцева Л.К. Благородные опалы (природные и синтетические). Новосибирск: Наука. 1987. 173 с.
Самойлович Л.А., Балакирев В.Г., Самойлович С.М. Указ. соч.
9 Сердобинцева В.В., Калинин Д.В., Восель С.В. Указ. соч.; Денискина Н.Д., Калинин Д.В., Казанцева Л.К. Указ. соч.; Калинин Н.С., Сердобинцева В.В. Генезис и поисковые критерии месторождений благородного опала // Геология и геофизика. 2003. T. 44. № 4. C. 340-347.
11. Жабин А.Г. Диагностика синхронности продуктов минералообразования // Минералогический журнал. 1979. Т. 1. №1.
С. 42-56.
12. Жабин А.Г. Синнезис и дифференциация течения в магматических расплавах // ЗВМО. 1971.Ч. 100. № 5. С. 578-589.
13. Жабин А.Г., Юшкин Н.П. Синтез и квантование пространства-времени в процессах природного минералообразования //
ДАН. 1991. Т. 318. № 1. С. 164-168.
14. Калинин Н.С., Сердобинцева В.В. Генезис и поисковые критерии месторождений благородного опала // Геология и
геофизика. 2003. T. 44. № 4. C. 340-347.
15. Коржинский Д.С. О равновесии при процессах минералообразования // Известия АН СССР. Сер. геол. 1965. № 2. С. 128-131.
16. Никитин А.Н. Образование пьезоэлектрических текстур в кварцсодержащих горных породах // Физика Земли. 1996.
№ 10. С. 15-21.
17. Поваренных М.Ю. К созданию естественной классификации горных пород на основе теоретико-системной концепции
«элементарных ячеек» // VIII Научный семинар «Система Планета Земля». М.: РОО «Гармония строения Земли и планет», 2000. С. 73-83.
18. Поваренных М.Ю. О пространственной регулярности («элементарной ячейке») горных пород // Труды конф. «Биохи-
мические карбонаты антропогеновых озер и источников». Пермь, 1989. С. 138-151.
19. Поваренных М.Ю. О фрустумации (свойстве первичной кусковатости, фрагментации) горных пород и её влиянии на их
дробимость и возможность крупнокускового обогащения // Тр. годичного собрания РМО. СПб. 2006. С. 168-176.
20. Поваренных М.Ю. Об установлении нового свойства горных пород - скрытой текстуры // Доклады РАН. 2008. Т. 419.
№ 2. С. 233-236.
21. Поваренных М.Ю., Бескин С.М. Применение современных технических и аналитических средств выявления первичной
кусковатости (фрустумации или образования «элементарной ячейки») горных пород. Тр. I Всероссийского семинара по технологической минералогии. Петрозаводск. 2006.С. 138-145.
22. Поваренных М.Ю., Жабин А.Г. Фрустумация (первичная кусковатость) горных пород как проявление квантования-
зернистости горнопородного уровня простремени // Уральский геол. журнал. 2007. № 5 (59). С. 51-60.
23. Поваренных М.Ю., Загубный Д.Г., Корчуганова. Н.И. Поиски благородного опала в Южной Австралии с использовани-
ем дистанционных методов // Разведка и охрана недр. 2014. № 7. С. 31-40.
24. Поваренных М.Ю., Матвиенко Е.Н. Развитие теории минералогии и петрографии. Теоретико-системное обоснование
естественной классификации горных пород и построения Периодической Системы Минералов. Саарбрюккен. Изд-во LAP Lambert. 2014. 117 с.
25. Поваренных М.Ю., Рассулов В.А., Матвиенко Е.Н. О скрытой текстуре (фрустумации) наиболее простых по минераль-
ному составу и генезису горных пород // Мгнерал. журн. 2014. Т. 36. № 1. С. 88-100.
26. Садовский М.А. Естественная кусковатость горной породы // ДАН СССР. 1979. Т.247. Вып. 4. С. 829-831.
27. Садовский М.А. О распределении размеров твердых отдельностей // ДАН СССР. 1983. Т. 269. № 1. С. 69-72.
28. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. О свойствах дискретности горных пород. Препринт ИФЗ АН
СССР. М., 1981. Вып. 1. С. 15-28.
29. Самойлович Л.А., Балакирев В.Г., Самойлович С.М. Некоторые особенности микроструктуры синтетического и при-
родного благородного А-опала // Разведка и охрана недр. 1995. № 3. С. 23-27.
30. Сердобинцева В.В., Калинин Д.В., Восель С.В. Формы коллоидного кремнезёма, участвующие в образовании благородно-
го опала, и механизм окремнения его гелевых кристаллов // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 8. С. 1116-1120.
31. Суставов О.А. Структуры кристаллизации кварца в жильных полостях // Уральская минералогическая школа 2005. Ека-
теринбург. Изд-во УГГУ. 2005. 93 с.
32. Darragh P.J., Gaskin A. I., Terrel B.C., Sanders J.V. "Origin of Precious Opal." Nature 204.5018 (1966): 13-16.
33. Derjiagin B.V., Landau L.D. "Theory of Stability of Strongly Charged Lyophobic Sols."ActaPhysicochim. USSR 14 (1941): 633-662.
34. Dissipatio ergo sum [Электронный ресурс] // Русская планета. 2014. 26 января. Режим доступа: http://rusplt.ru/world/dissipatio-
ergo-sum-7642.html.
35. Florke O.W., Gaetsch H., Martn B., Roller K. Wirth R. "Nomenclature of Micro- and Non-Crystalline Silica Minerals, Based on
Structure and Microstructure." N. Jahr. furMin.-Abh. 163 (1991): 19-42.
36. Fritsch E., Gaillou E. Ostroumov M., Rondeau B., Devouard B. Barreau A. "Relationship between Nanostructure and Optical
Absorption in Fibrous Pink Opals from Mexico and Peru." Eur. Jour. Miner. 16 (2004): 743-752.
37. Jones J.D., Segnit E.R. "The Occurrence and Formation of Opal at Coober Pedy and Andamooka." Australian Journal Sci. 29.5
(1996): 129-133
38. Milos G. Opal Mineralization of Western Carpathians: Mineralogy and Petrogenesis. Bratislava: Comenius Univ. Bratislava.
Fac. Nat. Sc. Geol. Inst., 2011. 178 p..
39. Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Non-Equilibrium Systems: From Dissipative Structures to Order Through Fluctua-
tions. New York: J.Willey&Sons. 1977. 347 р.
40. Povarennykh M.Yu., Rassulov V.S., Lobzova R.V. "Frustumation (Fragmentation, Lumpiness, 'Rock Unit Cells' Formation) -
the First Discovery of the Rock Universal Property." Proc. XI Int. Cong. Mathem. Geol. "Quantitative Geology from Multiple Sources " 2. Liege, 2006. CD-ROM D/2006/0480/31.
41. Rey P.F. "Opalisation of the Great Artesian Basin (Central Australia): an Australian Story with a Martian Twist." Australian
Journal of Earth Science 60 (2013): 291-314.
42. Rondeau B., Fritsch E., Mazzero F., Gauthier J.-P., Cenki-Tok B., Bekele E., Gaillou E. "Play-of-color Opal from Wegel Tena,
Wollo Province, Ethiopia." Gems & Gemology 46.2 (2010): 90-105.
43. Sanders J.V. "Colour of Precious Opal." Nature 204 (1964): 1151-1153.
44. Verwey F.I.W., Overbeek J.Th. Theory of Stability of Lyophobic Colloids. Amsterdam: Elsevier, 1948. 287 p.
Цитирование по ГОСТ Р 7.0.11—2011:
Поваренных, М.Ю., Матвиенко Е. Н. Новое макроскопическое свойство горных пород - фрустумация - как проявление квантования-кусковатости горнопородного уровня пространственно-временного континуума / М.Ю. Поваренных, Е.Н. Матвиенко // Пространство и Время. — 2015. — № 1—2(19—20). — С. 327—335. Стационарный сетевой адрес: адрес: 2226-7271provr_st1_2-19_20.2015.96.
Фото 1. Визуализация фрустумационного внутреннего строения светло-серого мелко-среднезернистого гранита из Мансуровского месторождения (Башкирия) с помощью томографического просвечивания с применением дефектоскопа УД-У2Н ПМ отечественного производства, предназначенного для измерения скорости распространения продольных волн с постоянной скоростью - 4000 м/с. Центральная частота датчиков -100КГц. Обработка 625 замеров. Точки возбуждения и приёма располагались на противоположных сторонах образца размерами 10 х 10 х 9 см по равномерной сетке с квадратными ячейками со стороной 2 см. Отметим, что размер выявленных фрустумов (порядка 2.5^3 см, показаны разным цветом согласно их акустической крепости) соизмерим с длиной излучаемой волны - 4 см. Кафедра сейсмометрии и геоакустики геофизического отделения геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Аналитик М. Владов.
_
ч
А
' \ i V
Б3
Фото 2. А: Две генерации опала (обыкновенный, голубовато-серого цвета - ранняя и прожилок благородного, с иризацией в зеленовато-голубой гамме - поздняя) (см. также рис. 4). Образец КП-БО-3/13. Длина - 2,4 см. Кубер-Педи, Ю. Австралия. Сбор МЮП, август 2012 г. Фотография А.А. Евсеева (Минералогический музей РАН). Б1-Б3: Фрустумация в искусственном благородном опале (Япония). Б1 - иризация в сине-зелёных тонах при естественном освещении; Б2 - ретушированные границы фрустумов в уФ-излучении (белые контуры); Б3 - фрустумы, выявленные в опалах при УФ-излучении. Длина образцов - 3 мм. Фотография В.В. Морошкина (ФГуП «ВИМС»).
