Фрустумационное (первично-кусковатое) строение горно-породного уровня пространства-времени - новое макроскопическое синергетическое свойство

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 еще в 1972 г. [4]. К выводу о сущностном значении при классификации гранитов их «макрофизиографии» («структурной формулы») пришли С. М. Бескин, В. Н. Ларин и Ю. Б. Марин [1]. Ими была феноменологически установлена закономерная приуроченность определённого типа редкометалльного оруденения к гранитам трёх ма-крофизиографических типов. Закономерную агрегатив-ность зёрен кварца в мономинеральных кварцевых породах (наличие устойчивых ансамблей из не менее чем двух десятков его зёрен), начиная от осадочных несцемен- тированных песков и песчаников до метаморфогенных кварцитопесчаников, установил И. С. Делицин [8, 9]. Подобные же результаты наблюдений взаимной ориентировки кварцевых зёрен и образования закономерных агрегатов в мономинеральных кварцевых жилах опубликованы в работах [18, 37]. Попытки визуализировать пространственную регулярность («аналогичную кристаллической решётке в кристаллах минералов») в гранитах и ряде других горных пород с помощью дифракции субмиллиметрового радиоволнового излучения с X = 2—4 мм предпринимались Р. Л. Бродской [2, 3].

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 [3234]. Похожие выводы об иерархичности структурной организации геологических тел высказаны Н. 3. Евзиковой и нами [11, 19—29, 56—58]. Д. С. Коржинским [16] выдвинуто положение о локальном («мозаичном») равновесии, реализующемся в неравновесных природных геологических процессах (не конкретизированное, впрочем, в минерально-структурном плане и без указаний на возможность его визуализации в горных породах).

С помощью минералого-петрографических методов изучения вещества нам удалось установить ранее никогда не отмечавшееся макроскопическое горно-породное явление — первичную кусковатость (агрегативность, скрытую текстуру, или фрустумацию)1, сначала для простых по минеральному составу и генезису, а затем и для полиминеральных и сложных по генезису макроскопически однородных и нетрещиноватых образцов горных пород [19-29, 56-58].

Новое макроскопическое явление в горных породах

В связи с тем что обнаруженное явление фрустума-ции горных пород располагается понятийно как бы в пограничье 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. «Структура агрегата характеризуется абсолютными и относительными размерами и формой индивидов, способом их сочетания, а также внешними особенностями отдельных минеральных зерен и агрегатов», «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 руду» [6, с. 269-300]. Если логически следовать приведён ным определениям, то широко используемое понятие «текстура массивная» представляет собой нелепость, поскольку подразумевает её отсутствие. А если к этому прибавить, что «Геологической словарь» даёт автономные ряды «структур» и «текстур» для трёх множеств с неясными границами (магматические и метаморфические породы; осадочные породы; руды), то становится понятной невозможность привести их в единую систему.

Обнаруживаемый нами (или визуализируемый с помощью различных физико-химических и минералого-петрографических методов) элемент строения горных пород должен занять промежуточное положение при их структурно-текстурной характеристике и применяться при детализации текстурного описания (как разные мозаичные узоры выполнения горно-породного пространства).

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, рентгенофазовый и микрорентгеноспектральный анализы), а также лазерной ультразвуковой эхоско-пии, УЗИ-томографии и нейтронографии. Первичная кусковатость нами первоначально выявлена в мономинеральных горных породах различного генезиса при воздействии коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения (длина волны X = 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), первично магматогенном гидротермально изменённом крупнозернистом силицитовом ядре пегматита (Калба, Казахстан); доломитовом мраморе Кибик-Кор донского месторождения (Красноярский край, Россия); метаморфогенном шок-шинском (Карелия), уфалейском, кыштымском, тасеев-ском и егустинском кварцитах и миасском кварцитопес-чанике (Урал, Россия); магматогенном среднезернистом кальцитовом безрудном карбонатите (Большетагнинское месторождение, Саян, Россия); 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; Куэтеро, Мексика; Харт-Маунтин, Орегон, и Йеллоустонский национальный парк, США). Позже она была выявлена при помощи тех же методов и в полиминеральных горных породах: среднезернистом амазонит-альбитовом редкометалльном граните , а также в крупнозернистом альбит-амазо-нитовом редкометалльном граните (Этыкинское танталовое месторождение, Забайкалье, Россия); первично магматогенном автометасоматически изменённом средне-, мелкозернистом щелочном редкометалльном гра-

1 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, а возможно и регулирующая её развитие. Поэтому установленное явление предлагается называть фрустумацией — первичной кусковатостью (от латинского frustum — кусок).

ните Зашихинского танталониобиевого месторождения (Восточная Сибирь, Россия); метасоматическом крупнозернистом датолитовом скарне Дальнегорского месторождения (Приморье, Россия); лейкократовом двуполевошпатовом граните Мансуровского месторождения (Башкирия); сером биотитовом граните Покостовского месторождения (Украина).

В общем случае, по нашим данным, границы фрустумов представляют собой субмикроскопической апертуры трещины (особенно ярко это нами визуализировано в благородных опалах как наилучшей модели наиболее простых по генезису мономинеральных супертонкозернистых равномернозернистых горных пород). В автометасоматически преобразованных амазонит-альбитовых субщелочных редкометалльных гранитах Забайкалья и Казахстана (массивы Орловка, Этыка, Ачикан и Майкуль) по границам фрустумов развивается вторичный лейстовый альбит, разрастается «горошковидный» кварц и литиевые слюды, содержащие пластинчатый колумбит-танталит. В автометасоматически преобразованных щелочных редкометалльных гранитах Зашихинского месторождения (Восточная Сибирь, Россия) по этим границам развивается вторичный лейстовый альбит и торит с пирохлором, тогда как циркон распределён в породах равномерно и независимо от границ фрустумов.

При вращении образцов ни интенсивность люминесцентного свечения, ни границы первичных кусков (фрустумов) — закономерных ансамблей минеральных зёрен с различной интенсивностью люминесценции — не изменялись. Механическая обработка (распиловка для приготовления шлифов алмазным инструментом и шлифовка абразивными порошками) также не влияла на положение границ фрустумов с различной интенсивностью люминесцентного свечения.

На дериватографах Q-1000 в ИГЕМ РАН (аналитик д. г.-м. н. Г. О. Пилоян) и STA-449 С Jupiter в МИСИС (аналитик д. г.-м. н. В. В. Коровушкин) в диапазоне температур 100—900 °С исследованы дифференциально-тер мические характеристики фрустумов, составляющих изученный ранее в УФ-лучах образец кибик-кордонского доломитового мрамора. Наблюдались значимые отличия в потере веса вещества из фрустумов, люминесци-ровавших голубым и тёмно-фиолетовым цветом — 43.3 и 45.1 % соответственно.

Порошковые образцы этих же фрустумов, составляющих кибик-кордонский доломитовый мрамор, исследовались с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-3М (НПО «Буревестник», ЦКП МГУ) и RIGAKU (химфак МГУ, аналитик к. х. н. А. Г. Вересов) в режиме на отражение. При совмещении дифракто-грамм 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 2 0 ).

С помощью метода лазерной ультразвуковой эхо-скопии (ультразвуковой импульсный метод отражённых волн) на установке, смонтированной в Международном лазерном центре МГУ им. М. В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ), 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. По акустическому треку, полученному от образцов в режиме эхо-скопии, и значению их толщины с учётом плоскопарал-лельности вычислялись скорость распространения в них продольных упругих волн и глубина залегания дефектов, картина расположения которых в обработанном с помощью компьютерной программы виде выводилась на дисплей (рис. 1). Для всех исследованных образцов горных пород наблюдались разные картины неоднородного внутреннего строения, интерпретируемые как наличие агрегатов минеральных зёрен (первичных кусков, парагенезисов — фрустумов), разграниченных между собой системами микроскопической (по апертуре трещин, но вполне явственной) трещиноватости [27].

A B

Рис. 1. Визуализированная методом лазерной ультразвуковой эхоскопии картина скрытой текстуры (фрустумации, или первичной кусковатости) мономинеральных горных пород: А — кибик-кордонского мелко-, среднезернистого кальцит-доломи-тового мрамора; В — кыштымского мелко-, среднезернистого гранулированного кварцита. Вертикальный размер образцов — 13 и 12 мм соответственно. Аналитик С. А. Коваленко (МГГА), д. ф.-м. н. Е. Б. Черепецкая (НИИЯФ МГУ). Верхняя часть рисунка — исходная картина лазерной ультразвуковой эхоскопии образцов, нижняя — ретушированная

Fig. 1. Visualized with the help of laser ultrasonic echoscopy supertexture pattern of rocks inner composition (frustumation, or primary lumpiness): A — Kibik-Kordonsky medium-fine-grained calcite-dolomitic marble, B — Kyshtymsky medium-fine-grained granulated quartzite. Specimen width: 13 and 12 mm, respectively. The upper part of the figure — original pattern of laser ultrasonic echoscopy of the samples, the lower one is retouched by us. Analysts S. A. Kovalenko (Moscow State Mining Academy) and E.B. Cherepetskaya (Doctor of Physical and Mathematical Sciences, SINP Moscow State University)

Методом УЗИ-томографии (томографического просвечивания с применением дефектоскопа УД-У2Н ПМ, предназначенного для измерения скорости распространения продольных волн с постоянной скоростью 4000 м/с (лаборатория Ц-03 сейсмометрии и геоакустики геофизического отделения геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, аналитик д. г.-м. н. М. Л. Владов), исследовано внутреннее строение макроскопически однородного светло-серого мелко-, среднезернистого двуполевошпатового мусковитового гранита Мансуровского месторождения облицовочного камня (Башкирия) и макроскопически однородного серого среднезернистого двуполевошпатового биотитового гранита Покостовского месторождения (Украина). С помощью программы АКТАКОМ было обработано 625 акустических замеров (точки возбуждения и приёма располагались на противоположных сторонах образцов гранитов размерами 12 х 13 х 6 см по равномерной сетке с квадратными ячейками со стороной 2 см) и визуализировано их фрустумационное строение [27] (рис. 2). Отметим, что размер выявленных фрустумов в гранитах (порядка 2.5—3 см) соизмерим с длиной излучаемой волны — 4 см.

Наблюдение фрустумации в равнозернистых горных породах

Характерные размеры и форма фрустумов в этих исследованных горных породах существенно различаются. Наименьшие по числу их слагающих минеральных зёрен наблюдаются в мономинеральных горных породах: в 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 х 2 см²) и около 70—150 зёрен в объёме.

Фрустумы в кальцитовом карбонатите состоят из 50—70 зёрен кальцита в срезе (площадь 2 х 3 см2) и около 200-300 зёрен в объёме. Самые крупные фрустумы зафиксированы в полиминеральных горных породах сложно го генезиса — 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 наблюдаемым 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

Рис. 3. Спиралевидная (вихревая) форма фрустума в щелочном овоидофире Ловозёрского щёлочно-ультраосновного массива (Кольский полуостров, Россия), подчёркиваемая распределением вытянутых таблитчатых кристаллов K-Na-полевого шпата (светлое) в нефелине (тёмное). Диаметр фрустума около 18 см. Образец И.В. Буссен (1933 г.). Музей минералогии Института геологии Кольского отделения РАН, Апатиты. Дневное освещение. Фото М. Ю. Поваренных

Fig. 3. Spiral-like (vortical) frustum form in alkaline ovoidophire of the Lovozero alkaline-ultrabasic massif (Kola peninsula, Russia) revealed by the arrangement of elongated tabular crystals of K-Na feldspar (light) in nepheline (dark). Frustum's diameter reaches 18 cm. Specimen from I.V. Bussen (1933). Museum of Mineralogy of the Institute of Geology of the Kola Branch of the Russian Academy of Sciences, Apatity. Day light. Photo by M. Yur. Povarennykh

А B

Рис. 2. Визуализация фрустумационного внутреннего строения светло-серого мелко-, среднезернистого гранита из Мансуровского месторождения облицовочного камня (Башкирия) с помощью УЗИ-томографии. Обработка 625 замеров. Кафедра сейсмометрии и геоакустики геофизического отделения геологического факультета МГУ (аналитик — д. г.-м. н. М. Л. Владов)

Fig. 2. Visualization with the help of ultrasound tomography of the frustumational inner fabric of light gray fine-medium-grained granite from the Mansurovsky deposit of facing stone (Bashkiria). Processing of 625 measurements. Department of Seismometry and Geoacoustics of the Geophysical Department of the Geological Faculty of Moscow State University (analyst — Doctor of Geological and Mineralogical Sciences M. L. Vladov).

в метагранитах Украины (Капустинский и Корнинский массивы) и щелочным овоидофирам в нефелиновых сиенитах Ловозёрского массива (Россия) (рис. 3). В искусственных благородных опалах (БО) размер фрустумов, визуализированных с помощью длинноволнового УФ-излучения и подтвержденных на РЭМ, варьировал в пределах 0.05—2.5 мм, а их форма была прихотливой в плане (рис. 4—5) и конусовидно-столбчатой в продольном сечении (рис. 6—9). Для образцов БО измерен средний диаметр фрустумов (под ними понимаются по-разному иризиру-ющие фрагменты) и получена возможность вычислить плотность облекающей эти фрустумы системы первичной агрегативной субмикротрещиноватости. Всего изучено 16 образцов природных (12) и синтетических (4) БО.

По месторождению Лайтнинг Ридж (штат Новый Южный Уэльс, Австралия), где было исследовано 2 образца, характерные размеры составляющих их фрустумов в плоскости наблюдения в среднем оказались равны 2.0 мм. По месторождению Кубер-Педи (штат Южная Австралия) (3 образца) — характерные размеры фрустумов — 2.7 мм. По месторождению Харт-Маунтин (штат Орегон, США) (1 образец) — 2.5 мм. По месторождению

А                             А1                             B

Рис. 4. Фрустумация в искусственном благородном опале (Япония): А — иризация в сине-зелёных тонах при естественном освещении; А1 — ретушированные границы фрустумов в УФ-излучении (белые контуры); B — фрустумы, выявленные в опалах при УФ-излучении. Обращает на себя ранее не отмеченное никем из исследователей такое свойство опалов, как взаимно однозначное соответствие между по-разному иризирующими участками (фрустумами) и участками, отличающимися по интенсивности фотолюминесценции. Длина образцов — 3 мм. Форма фрустумов в плане вестма прихотливая, их размеры варьируют от 0.3 до 1.3 мм, а их форма в поперечном сечении конусовидно-столбчатая. Фото предоставлено В. В. Морошкиным (ФГУП «ВИМС»)

Fig. 4. Frustumation in the cabochon sample of synthetic precious opal (Japan): А — irisation (play of coloures) in blue-green tones under natural illumination; А1 — retouched boundaries of different frustums in UV-irradiation (white contours); B — frustums revealed in opals in UV-irradiation. It should be noted that this phenomenon of one-to-one correspondence between the areas of different irisation (frustums) and areas differing in the intensity of photoluminescence has not been previously observed and marked by any researcher. Cabochon lengths is about 3 mm. Frustum form is capricious in plane, their dimensions in plane vary from 0.3 to 1.3 mm, and their form in cross-section is columnar. Photo by V. V. Moroshkin (VIMS)

А B

Рис. 5. Расположение глобул кремнезёма в разных фрустумах образца искусственного благородного опала, иризирующих синим и зелёным цветом: А — в «синем» фрустуме, B — в «зелёном» фрустуме. Размер глобул кремнезёма, располагающихся по «гексагональному» варианту квазиплотнейшей упаковки, составляет 242.5 нм. Расстояние между соседними интерстициями — 221 нм (в оптическом диапазоне соответствует синему цвету иризации, X = 440—485 нм). Расположение глобул кремнезёма с явно заметным «квадратным» мотивом искаженной кубической плотнейшей упаковки. Размер глобул — 230 нм. Расстояние между соседними интерстициями около 248 нм (соответствует зелёному цвету иризации, X = 495—565 нм). Сканирующий электронный микроскоп LEO SUPRA 50VP. Фото д. х. н. А. В. Кнотько (химический факультет МГУ)

Fig. 5. Difference in 3D-arrangement of silica globules from frustums with different irisation in blue and green colour tones: A — in blue frustum, B — in green frustum. Dimension of silica globules arranged in «hexagonal» variant of quasi-densest cubic package averages to 242.5 nm. Distance between the nearest voids averages to 221 nm that corresponds in the optical range to the blue colour (X = 440— 485 nm). Dimension of silica globules arranged with a clearly noticeable «square» motif of distorted quasi-densest cubic package averages to 230 nm. Distance between the adjacent voids averages to 248 nm that corresponds in the optical range to the green colour (X = 495— 565 nm). Sample of the synthetic precious opal. Scanning electron microscope LEO SUPRA 50VP. Photo by Doctor of Chemistry Science A. V. Knot'ko (Chemical Faculty, Moscow State University)

Б

В                       Г

Рис. 6. Области разного фрустумационного строения в образце благородного опала (месторождение Андамука, Ю. Австралия). Границы областей (фрустумов) ретушированы белым пунктиром (А—Е). Фото во вторичных электронах. Сканирующий электронный микроскоп Quanta 200 3D FEI. Схемы строения разных первичных агрегатов глобул водного кремнезёма (минералоидов опала): А и Д — «гексагональная» КПУ, Б, В — искаженная КПУ («квадратная»), Г — «будины» КПУ, Е — удвоенная (по сравнению с фрустумом Г) искаженная КПУ

Fig. 6. Areas with different frustumational inner fabric in the sample of precious opal (Andamooka deposit, South Australia). The boundaries of the regions (frustums) are retouched with a white dotted line (A-E). Photo in secondary electrons. Scanning electron microscope Quanta 200 3D FEI. Schemes of the structure of different primary aggregates of globules of aqueous silica (opal mineraloids): A and Д — «hexagonal» variant of quasi-densest cubic package (CP), Б, В — distorted quasi-densest CP («square»), Г — «boudines» CP, E — doubled (in comparison with Г scheme) CP

в Словакии (гора Либанка, Червеница) (1 образец) — 2.0 мм. По месторождению в Перу (Акари) (2 образца) — 2.0 мм. По месторождению в Эфиопии (провинция Воло) (3 образца) — 1.5 мм. Для искусственных опалов разного типа (4 образца) характерные размеры составляющих их фрустумов — от 0.05 до 2.5 мм.

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 Объединённом институте ядер-ных исследований (ОИЯИ, Дубна, Россия, аналитики д. ф.-м. н. А. Н. Никитин и А. И. Куклин) явилось установление размерного порядка этой системы первичной агрегативной нанотрещиноватости (апертура трещин составила 50—100 нм, в среднем 60 нм), образующей ветвящуюся сеть по всему объёму изученных пород.

Изучение разномасштабной трещиноватости проводилось в образцах разных горных пород на малоугловом нейтронном спектрометре ЮМО-реактора ИБР-2. Обработка данных проводилась с помощью пакета программ SAS. Рассеяние нейтронов происходило на пористо-трещиноватых структурах внутри вещества изученных образцов горных пород. Онтогеническая интерпретация полученных с помощью метода SANS результатов следующая. Первое нарушение сплошности минераль- 36

ного вещества горных пород — с апертурой субмикротрещиноватости 3—10 нм (в среднем 4 нм) — это контакты минеральных индивидов, растущих синхронно (так называемые индукционные поверхности совместного и одновременного роста [7, 30, 31, 38]. Второе — с апертурой микротрещиноватости 50—100 нм (в среднем 60 нм) — это контакты между соприкоснувшимися в процессе разрастания закономерными первичными агрегатами минеральных зёрен — фрустумами [21—24, 26—29].

При изучении явления фрустумации в опалах мы рассматривали опалы как супертонкозернистые мо-номинеральные горные породы, состоящие из агрегата мельчайших минеральных индивидов субмикронного размера (150—450 нм) — глобул кремнезёма (рис. 5, 6). Исследование внутреннего строения опалов проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа SUPRA 50VP LEO (аналитик д. х. н. А.В. Кнотько) и сканирующего электронного микроскопа Quanta 200 3D FEI (аналитик к. г.-м. н. С. Ю. Янсон) (рис. 5, 6). В отличие от некоторых образцов искусственного БО, выращенных в спокойных автоклавных условиях, где отмечаются усечённо-столбчатые формы фрустумов (известные среди геммологов как digits — от английского «пальцы», или «знаки», назовем их 3D-фрустумы) (рис. 8, 9), внутреннее строение природных опалов чаще всего характеризуется слоистой толстотаблитчатой или пластинчатой

A

B

C

D

Рис. 7. Характер фрустумации (2D- и 3D-) в природных благородных и обыкновенных опалах (на снимке A границы фрустумов ретушированы): A — «белый» благородный опал из коры выветривания (Кубер-Педи, Ю. Австралия); B — благородный опал гидротермального генезиса (Гондурас); C — благородный «сэндстоун» опал из коры выветривания (Андамука, Ю. Австралия); D — «огненный» благородный опал гидротермального генезиса (Керетаро, Мексика)

Fig. 7. The character of frustumation (2-D and 3-D) in natural precious and common opals (in picture A, the boundaries of the frustums are retouched): A — «white» precious opal from the weathering crust of Coober Pedy, South Australia); B — precious opal of hydrothermal genesis (Honduras); C — precious «sandstone» opal from the weathering crust of Andamooka, South Australia); D — «fire» precious opal of hydrothermal genesis (Queretaro, Mexico)

A

B

Рис 8. A — кабошон благородного опала, крупный, овальной формы. B — зональный кабошон, в строении которого проявлены почти все разновидности опалов, присутствующих на месторождении: от коричневато-оранжевого до «белого», от прозрачного до мутного просвечивающего, от обыкновенного до благородного. Эта зональность, по-видимому, вызвана последовательным отложением горизонтально ориентированных слоёв опала в полости. В слое «белого» опала с сильной иризацией визуализирована параллельно-столбчатая фрустумация, которую авторы статьи называют digit pattern. Подчеркнём, что зональность перпендикулярна столбчатости, что означает: фрустумы развивались вертикально. Месторождение Вегел Тена (провинция Волло, Эфиопия). Фото R. Weldon (Rondeau et al., 2010). Границы фрустумов в опале ретушированы нами

Fig. 8. A — large oval cabochon of noble opal. B — in the structure of this zonal cabochon, almost all the varieties of opals, present in the deposit, are exhibited: from brownish-orange to «white», from transparent to cloudy translucent, from ordinary to precious. This zoning, apparently, is caused by the sequential deposition of horizontally oriented layers of opal in the cavity. In the layer of «white» opal with strong irisation, the parallel-columnar frustumation is visualized, which is termed as digit pattern by the authors of the paper. We emphasize that the zonality is perpendicular to the columnar, which means: the frustums developed vertically. The Vegel Tena deposit (Wollo province, Ethiopia). Photo R. Weldon (Rondeau et al., 2010). The borders of the frustum in opal are retouched by us

А

Рис. 9. Образцы искусственного благородного опала (7гО2-керамика, Дубна, Россия). Предоставлены В. И. Масаловым (ФТТ РАН, Черноголовка): А — границы некоторых фрустумов в образце ретушированы нами; B — проявлена наложенная трещинная тектоника и смещение фрустумов опала по нарушениям

Fig. 9. Samples of synthetic precious opal (ZrO₂-ceramics, Dubna, Russia). Provided by V. I. Masalov (PTT RAS, Chernogolovka). The boundaries of some frustums in the sample are retouched by us. B. Overlapping fractured tectonics and displacements of opal frustums on fractures is revealed

А

Б

Рис. 10. А — образование фрустумов в синтетическом геле кремнезёма из сильно заряженных сферических глобулей коллоидного размера [35]. Пунктиром выделен один из фрустумов. Б — теоретическая потенциальная кривая энергии (U) взаимодействия глобу-лей кремнезёма [36]

Fig. 10. A — formation of frustums in synthetic silica gel from highly charged spherical globules of colloidal size [35]. We dotted one of the frustums. Б — theoretical potential energy (U) curve of the interaction of silica globules [36]

текстурой (2D-фрустумы) (рис. 7). Опалы из месторождения провинции Воло (Эфиопия) являются, по-видимо-му, исключением из этого правила: здесь широко развиты 3D-фрустумы (рис. 7, 8) [39, 40, 42-51, 53, 54, 57-65].

О природе фрустумации

(скрытой текстуры горных пород)

Морфология фрустумов и способ выполнения ими горнопородных тел, судя по исследованным образцам, весьма прихотливая, и для её описания, вероятно, придётся применять теорию фракталов. Объяснение явления фрустумации возможно, по нашему мнению, лишь при использовании синергетического подхода в науке о горных породах, в отличие от представления о горной породе как о простом наборе контактирующих друг с другом минеральных зёрен. Тогда порода может быть представлена как результат возникновения первичных парагене-тических ансамблей (фрустумов) минеральных зёрен и их кооперативного поведения (часто имеющего неявно вихревой характер с аттрактором, располагающимся по направлению градиента диссипации энергии — температурному, как в ячейках Бенара).

Рассмотрение фрустумации горных пород как их синергетического свойства [24, 26-28], по сути, может способствовать включению теории Д. С. Коржинского в более общую теорию диссипативных структур Ильи Пригожина и 38

теорию диссипативной саморепликации Джереми Ингланда. Фрустумация горных пород, возможно, является макроскопической визуализацией так называемого мозаичного равновесия в них и даёт представление не только о нижнем размерном пределе этих отдельных элементов «мозаики», но и о форме и характере границ этих своеобразных горно-породных фаз . Для объяснения явления фрустумации в БО (визуализируемого мозаичным узором иризации) предлагается теория ДЛФО (Дерягин — Ландау — Фервеи — Овербек) [41, 66] для сильно заряженных частиц коллоидного размера и её расширение Ильей Романовичем Пригожиным [55] и Джереми Ингландом [52].

На рис. 10, А видно, что размеры фрустумов в искусственном геле кремнезёма соответствуют расстоянию между 1-м и 2-м барьерами притяжения на рис. 10, B, но они меньше, чем фрустумы в БО (рис. 4—5). По данным [10, 15, 36], 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).

Исследования выполнены на оборудовании ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Ресурсный центр микроскопии и микроанализа» .