Образование агатов как результат действия механизма диффузионного флюидозамещения

2.2.2. Образование агатов как результат действия механизма диффузионного флюидозамещения

Наиболее обстоятельной работой по агатам, прекрасно иллю­стрированной и с большим количеством ссылок на литературу, яв­ляется монография А. А. Годовикова и др. (1987) «Агаты». Их представления по генезису агатов в вулканических породах фор­мулируется в заключении в следующих пунктах:

1. Агатообразование в вулканитах происходит в широком ин­тервале температур – от сверхкритических (400–420 С) до 50–70 °С и давлениях от нескольких сотен Па до атмосферного.

2. Кремнезем в агатообразующие слои поступает из вме­щающих пород в результате гидролиза и выщелачивания силика­тов.

3. Гидротермальные и более низкотемпературные растворы, из которых выделялись халцедон и другие минералы, слагающие агаты, представляли собой растворы высокомолекулярной крем­некислоты в низкомолекулярной жидкости, отвечающие по многим свойствам золям с низкой вязкостью, существенно отличающимся по своим свойствам от студней кремнезема.

4. Образование агата происходило в застойных условиях, ко­гда растворы кремнезема пропитывали определенные горизонты вулканитов, заполняя все возможные поры и полости в них – газо­вые пузыри, полости литофиз и т. д.

5. Отложение минералов семейства кремнезема происходило в результате смены физико-химического состояния минералообра­зующей среды, скорее всего в результате ее подкисления вулка­ническими газами, находившимися в газовых пузырях, полостях литофиз и других полостях вулканитов.

6. Выделение минералов семейства кремнезема происходило при значительных пересыщениях либо в виде сферолитовых ко­рок, покрывающих поверхности полостей, либо в виде гравитаци­онных параллельно-полосчатых ониксов. Последние возникали благодаря действию гравитационных сил на мельчайшие кристаллики кварца, сферолиты халцедона, глобулы кремнезема, зарождав­шиеся в растворе и осаждавшиеся из него в виде горизонтальных прослоек.

7. Массоперенос вещества к месту кристаллизации сфероли­товых корок или отложения гравитационных ониксов осуществля­ются за счет диффузии, вследствие разности химических потен­циалов кремнезема в местах его выщелачивания (растворения) и отложения, определяющегося различием в величинах рН, темпе­ратуры, давления и других физико-химических параметров.

8. Зональное строение агата связано: а) с ритмичной приро­дой процесса кристаллизации, объясняющейся автоволнами, воз­никающими за счет выделения теплоты кристаллизации на моно­тонном фоне потери тепла данной системой, ритмичным выделе­нием примесей, б) с эмиссионно-волновой природой диффузион­ных процессов, в) с ритмичностью изменения физико-химических параметров среды.

9. Возможно образование сферолитовых корок халцедона из пленочных растворов.

Я согласен почти со всеми этими выводами за исключением третьего пункта, где говорится, что агаты осаждаются из растворов с низкой вязкостью и сравнительно небольшой концентрацией кремнезема. По моему мнению, они образуются из высококонцен­трированного гелеподобного раствора кремнезема. Эту идею ра­нее высказывали ряд других исследователей, ссылки на которых приведены в книге А. А. Годовикова и др. Но я приведу свои до­полнительные данные в защиту этого представления.

В связи с этим я полагаю, что в отличие от пункта 6, образо­вание параллельно-полосчатых ониксов происходит не в резуль­тате гравитационного отложения отдельных коллоидных частичек кремнезема в маловязкой среде, а за счет уплотнения высококон­центрированного геля под действием силы тяжести в придонной части камер.

Кроме того, я выдвигаю две совершенно новых идеи: 1) за­полнение кремнеземем газовых пузырей полостей в лавах начина­ется на магматической стадии сразу же после начала кристалли­зации лав, так что газовые пузыри принимают форму агатовых миндалин, когда расплав был еще хотя бы частично жидко под­вижный; 2) образование агатов происходит в процессе механизма диффузионного флюидозамещения.

Рассмотрим это детальнее на примере двух изученных мной месторождений агатов, в правобережье р. Томь в Кузбассе в рай­оне сел Богданово и Ячменюха, а также на примере бразильских агатов в средне-нижнемеловых траппах Бразилии.

Агаты месторождений в правобережье Томи приурочены к за­легающему в мезозойских отложениях базальтовому прослою лавы мощностью в десятки метров и площадью в сотни квадрат­ных километров. Здесь очень широко распространены агаты-ониксы с параллельно-полосчатой текстурой, одновременно со­держащие также концентрически-зональные облекающие агаты. Первой характерной особенностью этих агатов является их форма – с уплощенным более широким основанием и сужающейся кверху конической или какой-либо волнистой неровной конфигура­цией (рис. 21). Среди них встречаются как уплощенные караваеоб­разные и лепешковидные, так и вертикальные стержневидные агаты длиной до нескольких десятков и толщиной до 10 см. Между ними имеются все промежуточные разности. Во всех этих минда­линах параллельно-полосчатые ониксы располагаются на дне ка­мер параллельно или субпараллельно уплощенному их нижнему контуру. Причем уплощенное дно характерно даже для вертикаль­ных стержневидных миндалин (рис. 22). Верхняя сужающаяся часть миндалин нередко бывает несколько смещена от их эпицен­тра по горизонтали, т. е. как бы субпараллельно сдвинута, причем в одну и ту же сторону для всех миндалин в определенном участке обнажения. Это обусловлено течением потока лавы, в котором они заключены.

Рис. 21. Агаты с уплощенным дном и параллельно-полосча­тым ониксом в придонной части. В верхней и нижних частях миндалин видны суб­вертикально ориентирован­ные так называемые «мем­бранные трубки», которые обрастают концентрически-зональным агатом. В цен­тральной части агатов обычно располагается зона зерни­стого кварца (фотографии полированных образцов; пра­вобережье р. Томь, Кемеров­ская область)

Сразу же возникает идея о том, что проще всего объяснить образование формы миндалин с уплощенным дном и сужающейся вверх конфигурацией за счет различий в плотности жидкого крем­невого вещества внутри них при условии заполнения им газовых пузырей в еще расплавленной лаве, когда эти пузыри могли сами изменять свою форму в зависимости от содержимого. Это можно подтвердить простым экспериментом. Если воздушный шарик за­полнить частично водой, частично более легким по весу маслом и оставить там пузырек воздуха и, завязав, погрузить этот шарик в воду, он в точности примет конфигурацию, характерную для агато­вых миндалин.

Рис. 22. Нижняя придонная часть агата стержневидной формы: снизу параллельно-полосчатый оникс, по краям тонкая оторочка облекающего концентрически-зонального оникса, в центре над ониксом крупнозернистый кварц (ме­сторождение по правобере­жью р. Томь, Кемеровская область)

Рис. 23. Агат конусовидной формы с вогнутым дном: в при­донной части параллельно-полос­чатый оникс, выше – кварц, на самой вершине – воздушная по­лость. Оторочка агата сложена халцедоном (фотография полиро­ванного образца; месторождение по правобережью р. Томь, Кеме­ровская область)

Приведенные данные служат одним из свидетельств сущест­вования кремнезема в газовых пузырях лав в виде высококонцен­трированного флюида типа геля, начавшего заполнение камеры еще на магматической стадии расплава и заполнившего ее почти полностью. Подтверждают наличие высококонцентрированного флюида кремнезема на магматической стадии случаи инъекции лавы в этот флюид в виде языков или ее присутствие в виде ка­пель. А. А. Годовиков и др. (1987) отмечают, что внутри агатов ино­гда встречаются так называемые настыльные сосульки лавы. На приведенных ими фотографиях видно, что эти выделения лавы присутствуют также в виде обособленных капель жидкости. По мнению А. А. Годовикова и др., эти настыльные сосульки и капли образуются в воздушной среде газовых пузырей. Но обособленные капли не могут висеть в воздухе. Это возможно только если при образовании они оказываются взвешенными в высококонцентри­рованном кремневом флюиде, заполнившем газовый пузырь еще на магматической стадии.

Другими свидетельствами высокой концентрации кремнезема, из которого кристаллизовался агат, являются так называемые «пи­тающие каналы», «псевдосталактиты», «мембранные трубки».

Питающими каналами называют концентрически-зональные рукавоподобные выделения внутри агатов, которые ответвляются от тех или иных внутренних зон и, рассекая внешние, подходят близко, иногда почти вплотную к стенкам миндалин. Порой встре­чается несколько таких «рукавов», отходящих от разных зон агато­вых миндалин, что можно видеть на примере бразильских агатов (рис. 24).

П. П. Пилипенко (1934) считал их минерализованными кана­лами, по которым растворы извне попадают в полости и осаждают кремнезем в виде концентрических полос. Однако, по моему мне­нию, это не так, поскольку в подавляющем большинстве случаев эти каналы не пересекают контакты миндалин, а заключены внутри агата. Из приведенных фотографий (см. рис. 24) видно, что наибо­лее просто объяснить эти каналы тем, что вязкое пластичное ве­щество кристаллизующегося агата с силой механически выдавли­вается из внутренних зон во внешние, которые тогда были еще в пластичном состоянии. Это подтверждается тем, что полосчатость внешних зон частично рассекается, но еще в большей степени пластично прилегает и утончается в местах их пересечения рука­вами. Сами же рукава имеют отчетливое концентрически-зональ­ное строение с уменьшающейся толщиной слоев в местах сужения и часто с крупнокристаллическим кварцем внутри или пустотками инкрустированными кристалликами кварца.

а	б
Рис. 24. Инъекции внутренних зон агатов во внешние в виде рукавов («питающих каналов»): а – с одной инъекцией в виде кварцевой жилы, б – с двумя инъекциями из разных концентрически-зональных зон (фотогра­фии полированных образцов, бразильские агаты)

Образование псевдосталактитов, нарастающих на мембран­ные трубки, объясняется совсем по-другому, так как они, несо­мненно, соединялись с внешней средой, т. е. с эффузивной поро­дой, и их рост обусловлен этим соединением. Я думаю, они явля­ются результатом образования пор и трещин в теле геля кремне­зема, заполнившего всю камеру газового пузыря. Это подтвержда­ется тем, что они, по существу, являются разновидностью тех не­больших пористых каверн, которые практически всегда покрывают всю поверхность агатовых миндалин. Эти каверны и поры и явля­ются настоящими каналами, или, как их называл П. П. Пилипенко (1934), «решетом», сквозь которое растворы кремнезема прони­кают в миндалину. В некоторых случаях эти поры и каналы начи­нают развиваться и в теле самого кремневого геля и поэтому в процессе его раскристаллизации обрастают концентрически-зо­нальным халцедоном, образуя псевдосталактиты. Это подтвер­ждается также тем, что псевдосталактиты также не имеют четкой вертикальной ориентировки, хотя часто располагаются субверти­кально (см. рис. 21). Объяснить это можно тем, что гель кремне­зема способен уплотняться в вертикальном направлении, поэтому все каналы, развивающиеся субгоризонтально, имеют меньше возможности сохраниться, так как их сдавливает гравитация. На­против, субвертикальные каналы меньше подвержены сдавлива­нию и поэтому лучше развиваются и дольше сохраняются.

Следующим и, по-видимому, важнейшим признаком высокой концентрации кремнезема в миндалинах является наличие в них угловатых обломков вмещающих эффузивов, как бы взвешенных в массе агата. Такие обломки часто встречаются в агатах по право­бережью р. Томь (рис. 25). Они же показаны в книге А. А. Годовикова и др. на фотографиях 53, 70, 116, 117, 133, 137 как донные брекчии. Но никаких комментариев у них нет, хотя совер­шенно очевидно, что тяжелые обломки горной породы в низкокон­центрированной водной среде не могут находиться во взвешен­ном, плавающем состоянии. На приведенных фотографиях видно, что, даже находясь в придонной части камер, они взвешены в массе кремнезема и не соприкасаются друг с другом или с дном камеры. Подобные же угловатые обломки встречаются в секущих жилах агата среди базальтов (рис. 26).

Характерной особенностью этих ксенолитов является то, что по их краям часто наблюдается метасоматическое замещение халцедоном вдоль тончайшей системы пор и трещин. Причем вся эта метасоматическая зона сохраняет угловатые контуры ксеноли­тов, хотя более чем на 50 % состоит из халцедона. Оторочки сфе­ролитового облекающего агата нарастают на эту метасоматиче­скую породу, т. е. метасоматоз предшествовал агатообразованию.

Причем сферолитовая оторочка приобретает красноватый цвет за счет компонентов, вынесенных при метасоматозе (см. рис. 25). Интересно, что в случае заполнения полостей сме­шанным карбонатно-кремнистым материалом метасоматическая краевая оторочка также сложена сульфидно-карбонатно-кремне­земистым веществом, как на рис. 26. Здесь на эту зону нарастает сначала чисто кальцитовая крупнокристаллическая зона, а позд­нее формируется концентрически-зональный агат. Значит, здесь в метасоматозе участвовали сульфидно-карбонатно-кремнеземи­стые растворы, а кристаллизация внутри полости происходила по­следовательно и раздельно: сначала карбонат, затем кремнезем агата.

Рис. 25. Угловатые обломки базальтов, взвешенные в кремневом колло­идном веществе агатов в виде ксенолитов (фотографии полированных образцов; месторождения по правобережью р. Томь около сел Богданово и Ячменюха, Кемеровская область)
	Рис. 26. Угловатые взвешенные об­ломки базальта в агате с карбона­том. Обломки обрастают сначала кристаллами карбоната, а затем концентрически-зональным агатом (из коллекции И. М. Рубинова; Ми­нусинская котловина, Хакасия)

Казалось бы, высокая концентрация кремнезема в миндали­нах и начало их заполнения на магматической стадии формирова­ния эффузивной породы свидетельствует о ликвационной природе агатов, что, в частности, отмечалось П. В. Вайнерманом и др. (1964). Однако против этого на нашем примере агатов по правобе­режью Томи говорит очень существенная изменчивость состава миндалин даже в пределах одного обнажения или образца по­роды, когда рядом можно видеть пустоты, выполненные кремне­земом, кальцитом раздельно и в различных сочетаниях, хлоритом, иногда с присутствием сульфидов. Для ликвации такое явление нехарактерно. Можно считать доказанной тесную связь агатов с зонами гидротермального изменения вмещающих эффузивных пород (Аркадьев и др., 1968; Годовиков и др., 1987). Поэтому лик­вационный генезис агатов маловероятен.

Мной выдвигается новое представление о генезисе агатов в эффузивах: как результата действия механизма диффузионного флюидозамещения. По моему мнению, их образование –исключи­тельно эффектный пример этого механизма, осуществляющегося следующим образом. Формирование агатов начинается с образо­вания газовых пузырей в лаве. Еще в жидкоподвижной лаве с на­чалом ее кристаллизации начинается заполнение пузырей высо­комолекулярным коллоидным кремнеземом. В расплаве вода и другие летучие и растворенный в них кремнезем оттесняются в интерстиции между полимерными сиботаксическими группами са­мого расплава и в интерстиции между растущими кристаллами пи­роксена, полевых шпатов, как в узкие микропоры, в которых воз­можно действие МДК-эффекта.

Этот эффект отгоняет воду и кремнезем в газовые пустоты, час­тично заполняя их и способствуя этим приданию газовым пузы­рям своеобразной сужающейся кверху формы с уплощенным дном, кото­рая и сохраняется после полной раскристаллизации эффузива. За­тем с началом автометасоматиче­ской гидротермаль­ной проработки пород продолжается привнос в миндалины крем­незема вплоть до полного (или почти полного) их за­полнения с образованием вязкого высококонцентрированного геля. МДК-эф­фект здесь действует уже в твердых породах и миндалины яв­ля-­

Рис. 27. Стержневидный суб­вертикально ориентированный агат с ониксом в придонной части и крупнокристаллическим карбонатом (белое) в верхней. На краях миндалины располага­ется оторочка концентрически-зонального агата, в том числе и около карбоната (фотография полированного образца; место­рождение около с. Богаданово, правобережье р. Томь, Кеме­ровская область)

После заполнения газовых пузырей гелеобразным флюидом кремнезема начинается его последовательная ритмическая рас­кристаллизация от стенок камер в виде концентрически облекаю­щего агата. Одновременно с этим на дне камер, где происходит уплотнение геля, кристаллизуется параллельно-полосчатый агат – оникс. Причем в ряде случаев происходит кристаллизационная дифференциация вещества. Так, например, в миндалинах сме­шанного кремнево-карбонатного состава карбонаты оттесняются к центральной части миндалин ранее выделявшимся кремнеземом агата (рис. 27). А в других случаях бывает наоборот: агат оттесня­ется от стенок нарастающими на них кристаллами карбоната (см. рис. 26), т. е. флюид имеет признаки кристаллизации типич­ного магматического расплава, хотя таковым и не является, и кри­сталлизуется, как отмечали А. А. Годовиков и др., при низких тем­пературах.