Карбонаты. 
Петрография. 
Основы кристаллооптики и породообразующие минералы

Обширная группа карбонатных минералов представлена соединениями карбонат-иона [С0₃]² с различными катионами. Наиболее распространены в природе и являются породообразующими минералами простые карбонаты кальцит (Cal) СаС0₃, магнезит (Mgs) MgC0₃, сидерит (Sd) FeC0₃, родохрозит (Rds) МпС0₃ и двойные — доломит (Dol) CaMg[C0₃]₂ и анкерит (Ank) Ca (Mg, Fe, Mn)[C0₃]₂. Названия происходят от состава (кальцит, магнезит, сидерит от греч. сидерос — железо), от окраски {уръч.родохроз — окрашенный в розовый цвет), в честь французского инженера Д. Доломье, описавшего свойства доломитовых породи в честь австрийского м! гсралога М. И. Анкера. Все эти минералы кристаллизуются в тригональной сингонии, ромбоэдрическом классе, являются одноосными, отически отрицательными и имеют характерное двупрсломленис наивысших порядков, измеряющиеся величинами более 0,170. Оптические свойства карбонатов приведены в таблице 43.

Таблица 43.

Свойства минералов группы карбонатов.

Отличии от оншчсски сходных минералов. Рассматриваемые карбонаты легко отличимы от других породообразующих минералов по необычайно высокому двупреломлению, дающему пестро-белую интерференционную окраску высших поряд ков и концентрическую многорадужную окраску в секторах между четкими линиями коноскопического оптически отрицательного креста. Правда, у высокожелезистых и высокомарганцевых карбонатов настолько высок рельеф, что в мелких зернах они (без анализатора) имеют’темно-серую окраску (пссвдоабсорбция) и похожи по этому признаку на титанит, циркон, касситерит, имеющие также высокое двупреломление. Но все они оптически положительны. Наибольшую трудность для нахождения оптических отличий между собой представляют калы щт, доломит и магнезит, особенно, когда в них отсутствуют двойники (для кальцита и доломита — в неметаморфизованных осадочных породах или посттектонических гидротермальных жилах). При совместном присутствии кальцита и доломита в таких случаях помогает сравнение рельефов. Для этого выбираются сечения зерен 1 оптической оси и с ними сравниваются рельефы контактирующих зерен карбонатов в положении угасания N₀. У доломита рельеф выше (в машезит-доломт овой паре у доломита рельеф ниже). Кальцит в ассоциации с доломитом выглядит обычно более «грязным», с точечными примесями других минералов. Доломит более чист, более прозрачен. В более общем случае широкого развития двойников в кальците и доломите дело обстоит проще. Кальцит изобилует несколькими системами полисинтетичесРис. 88. Схема двойникования кальцита (К) и доломита (Д). Тонкие линии — спайность, пунктир ;

ДВОЙН11КОВЫС пласт! I! !Ы.

ких двойников. В доломите их меньше, и расположены они по другому. Помогает мнемоническое правило Коржинского (правило «Д-К»). Для его применения наблюдаются сечения, в которых четко видны 2 направления спайности (не путать с двойниковыми швами!) карбоната, образующие ромбические блоки (рис. 88). В доломите (Д) двойниковые полоски имеют одно или два направления, близкиск короткой (К) диагонали ромбического блока. В кальците (К) одно или несколько направлений полисинтетических д войников располагаются ближе к длинной (Д) диагонали ромба. Магнезит вообще не подвер же11 двойникова*шю.

Группа Са-Mg-карбонатов имеет п_е ниже канадского бальзама, тогда как сидери т, родохрозит, брейнерит и анкерит имеют положительный рельеф. Железистые и марганцовые карбонаты отличаются изменениями красно-бурого цвета, из-за железистых и черно-бурых марганцевых оксидов. Сидерит и брейнерит свойственны парагснсзисам, бедным кальцием. Анкерит развит более широко и им сет доломитовое двойников ание.

Кальцит (Са!) СаС0₃ — весьма распространенный минерал, встречающийся в самых разнообразных формах: в пластинчатых или длиинопризмашчсских, острых или тупых ромбоэдрических кристаллах, параллельноили радиальноволокнистых агрегатах, симплектитах, сплошных зернистых массах или неправильных выделениях.

Химический состав обычно мало отличается от теоретического (табл. 44), хотя проявляется изоморфизм кальция с марганцем, в меньшей степени с магнием и в еще меньшейс железом и никелем. Растворимость магния в кальците прямо зависит от температуры, а закисного железа — от давления. Однако созданным на основе распределения Са и Mg, а также Са и Fe²* между кальцитом и доломитом геотермобаром стром трудно пользоваться из-за легкости регрессивной перекристаллизации кальцита с очищением его состава. При биогенной морской кристаллизации метасгабилыю появляются магнезиальный кальцит или его ромбическая полиморфная модификация арагонит, стабильная при высоких давлениях (выше 3- 4 кбар при комнатой температуре и выше 10 кбар при 500°С). Арагонит легко переход ит в Таблица 44.

Химический состав карбонатов [по Дир и др., 1966].

Анализ Iбесцветный кальцит из Колчзмихатыигайбрух, Австрия; 2-марганцовистый кальцит из Хаймакогава, Япония; 3 — снежно-белый магнезит из жил в лерцолнте, Крила, Сербия; 4 — брейнернт из Секок-Р>^гопоок, Швеция; 5 — родохрозит, кристаллы на лимоните, Гоморракос, Словакия; 6 — родохрозит, Трепка, Сербия; 7 — сидерит, Корнуэлл, Великобритания; 8 — желто-бурый сидерит из Голрад, Австрия; 9 -доломит из магнезитового тела, Гомор, Словакия; 10 — железистый доломит («анкерит»), Коугрин, Великобритания; 11 — светло-розовый марганцевистый анкерит Бонанца, Монтана, США; 12- анкерит, Эрцберг, Австрия.

кальцит в поле его стабильности при слабом метаморфизме и даже диагенезе осадков и при регрессивном метаморфизме глубинных пород. Парагснсзнсы. В насыщенных кремнеземом (с кварцем) парагенезисах кальцит устойчив при низких температурах или высоких давлениях С0₂ (больших глубинах). В иных условиях между богатыми кремнеземом парагенезисами и кальцитом образуются кальциевые силикаты промежуточного состава (от волластонита до спуррита (CasSi₂0a[C0₃]). В недосыщенных известью парагенезисах в магнезиальных породах, содержащих магнезит, ортопироксен, ортоамфибол, кордисрит, кальцит никогда не встречается, но может быть стабилен с доломитом, оливинами и магнезиальной шпинелью. С минералами иных классов (оксидами, сульфидами, разнообразными солями и др.) кальцит может находиться в равновесии в широких интервалах условий.

Доломит (Dol) CaMg (C0₃)₂, также широко распространенный минерал осадочных, метаморфических и метасоматичсских пород. Он встречается в виде сплошных масс различной зернистости, реже в идиоморфных ромбоэдрических кристаллах. По составу он обычно мало отличается оттеоретического (см. табл. 44) за исключением возможности широкого изоморфизма Mg и Fe²⁺. Растворимость кальцита и магнезит, а в доломите ничтожна. Диапазон ТР-рсо₂ стабильности доломита очень велик. Считается, что доломит можег присутствовал" в мантийных породах.

Парагенезисы. Являясь промежуточным минералом между кальцитом и магнезитом, долом от стабилен в ассоциациях порознь с обоими. Диапазон Т-^со₂^е10 стабильности с насыщенными кремнеземом (кварцем) парагенезисами 31 ьачителы ю уступает таковому кальцита. Только при пониженной температуре (ниже 350°С) возможно стабильное сосуществование его с кварцем, тогда как в остальных условиях, даже при высокой летучести С0₂, возI шкают реакцио! п п"ю м ап шевые и кальциево-м ап шевые, а ил жаты (трем о лит', серпентин, тальк, диопсид, форстерит) в ассоциации с кальцитом, с которыми доломит может' быть равновесен в различных сочетаниях условий. В условиях малых глубин (малая летучесть COJ при повышенных температурах (кон тактовый метам орфизм) доломит разлагается с замещением кальцитом и периклазом (MgO). Последний при регрессивных изменениях практически всегда замещается характерными агрегатами брусига [Mg (OH)J, напоминающими в разрезе кочаны капусты. В таких апопер! жлазовых бруситовых мраморах иногда развивается вторичный низкотемпературный доломит. Доломит не встречается в силикатных магматических породах и не может находиться в парагенезисах ни с ортопироксенами, ни с ортоамфиболами, ни с силикатами глинозема (Al₂Si0₅), но может быть в равновесии с различными оксидами, сульфидами, сульфатами, боратами и др. Как вторичный низкотемпературный минерал он может образоваться в измененных ультрабази гах в равновесии с серпентином, тальком, хлоритами. Распространен также в метасоматитах формации березитов в ассоциации с серицитом, пиритом и кварцем.

Maiiieiirr (Mgs) MgC0₃, встречается значительно реже кальцита и доломита. Он образует сплошные массы различной крупности зерен, прожилки, неправильные выделения. Кристаллы его редки. Он может образовывай" непрерывный изоморфный ряде сидеритом FeC0₃ (см. табл. 44). Промежуточные члены ряда (5−50 мол.% Sd) называютбрейнеритом. Содержания СаО и МпО невелики (меньше 1 мас.%).

Светопреломление и двупреломление в ряду Mgs-Sd меняются линейно.

Ilapai систем. Магнезит обычно присутствует" сравнительно низкотемпературных продуктах изменения гипербазитов, ассоциируя с серпентином или тальком, в значительныхколичествах — в корах выветривания по гипербазитам. Вероятно, именно перемытые коры вывет^пшания дают начало крупным линзам и пластам матзтезита в древних метам орфических комплексах. Коигактово-мстасомазическис породы по магнезигам имеют улыраматезиалып, 1й состав, при котором возникают зоны существенно эистапзтового (±шпинель) сост ава, о тделяющиеся отмашезитов зоной форстерита или минерала 1руппы гумита (±шпинель). В таких ультрамагнезиальных скарнах BpeipecciiBiiyio стадию может образова ться ортоамфибол.

Мал юзтгт 11 брейнершн типичны для околорудньтх мегасомаптгов по ульзраосI юв! тым породам, где accoi в шрузотс серит дном (фукситом), ниршномикщп тем.

Температура стабильности магнсзитовыхпаратенезисов возрастаете глубшшостью (увеличением давления С0₂). Считается, что магнезтгг может' присутствовал" в ультраосновных парат еиезисах в машинных условиях.

Сидерит (Sd) FeC0₃ всзречаез’ся в сплошных массах различной зернистости, конкрециях и неправильных выделениях, а также в прожилках. Существуют полные ряды твердых рас творов сидериг-мапзезит и ciurq^mродохрозит, поэтому чисто железистые сидерита встречаются редко. Содержание СаО не превышает первых мас.% (см. табл. 44). Марганцовистый сидерит называется олигонит, а магнезиальный -сидероплезит (5−30 мол.% Mgs) и пистомезит (30−50 мол.% Mgs). Измснештя сидерита связаны с окислением железа и образованием тидрооксидов железа.

Парагснезнсы. В осадочных породах сидерит образуется в восстановительной обстановке и встречается в карбонатных глинах, в глинистах железняках. Здесь он мо жег находиться в равновесии с анкеритом, шамозитом, глинистыми минералами. Сидерит образует парагенезис с пиритом в бизумтшозных сланцах. В гидро термальных рудных месторождениях сидерит образует прожилки в разнообразных сульфидных рудах и обычно предст авлен марганцсвисп"1ми разностями. Извссшы редкие находки сидерита в пегматитах. Иногда он заполняет миндалины в базаль тах и андезитах. В метаморфических породах формации железистых кварци тов сидерит образует прослойки и присузсзвуетв составе эвлизитов. Он может нахо;цпъся в ассоциации с кварцем. Эта ассоциация при повышенной температуре и пониженной летучести С0₂ переход ит в фаялит.

Анкерит (Ank) Ca (Mg, Fe²⁺, Mn)(C0₃)₂ является железистой разновидностью долом ига, достаточно широко развитой в природе среди осадочно-метаморфических и метасомэтических пород Минерал может бьпъ рассеянным по породе или давать скопления, желваки, прожилки. Граница с ферродоломитом условна, в разных справочниках устанавливается от 20 до 50 мол.% Ca (Fe, Mn) (С0₃)₂. Анализы анкеритов приведены в таблице 44. Граница с железисто-марганцевым миналом серии более определешт исоответхгшуегего содержа! шю в 65 мол.%, где намечается разрыв в смесимости. Изменения ain.

Парагенезисы. Анкерит типично гидротермальный минерал. В осадочных породах он появляется при их гидротермальной переработке. В метаморфических породах он широко распространен в метабазигах зеленосланцевой фации, образуя ассоциации с хлоритами, актин юли юм. Он типичен для q>e;u температурных гидротермальных рудных месторождений, где встречается как в самостоятельных прожилках, так и в составе рудоносных жил. Развит также в некоторых околорудаых метасоматитах — беретиках, лисгвенитах и гумбеитах, находясь в accoiшации с сершлитом, кварцем, пиритом и адуляром.

Родохрозит (RcLs) МпСО_э встречается значительно реже других, описанных здесь карбонатов. Он появляется в сплошных массах и в жильных выполнениях. Благодаря широкому изоморфизму марганца с закисным железом и кальцием, родохрозит может содержать до нескольких мае. % каждого из них (см. табл. 44). Разновидность с высокими содержаниями FcO (более 15 мас.%) называется олигонитом. Существует также разновидность, богатая цинком (до 15 м ас.% ZnO) — капиллитит.

Родохрозит легко изменяется с поверхности (в том числе и в атмосферных условиях) из-за окисления МпО и замещения карбоната черно-бурыми оксидами марганца.

Паратонсзисы. Родохрозит характерен для вулканогенно-осадочных карбонатно-кремнистых комплексов с рассеянной марганцевой минерализацией и возникасткак при д иагенезе осадков, так и, главным образом, при их низкосреднетемпературном гидротермальном преобразовании с концентрацией марганцевых минералов на геохимических барьерах. Он может быть стабильным с кварцем иди тефроитом (Mn₂Si0₄), либо родонитом (MnSi0₃) в зависимости отТ-рсо₂ условий. В регионах развития таких вулканогенно-осадочных комплексов пород при более поздних активизациях тектоно-магматической деятельности возникает гидротермальный жильный родохрозит, сопровождаемый марганцевыми силикатами, кварцем и рудной минерализацией {полиметаллы, Ag, Au, Pt, Си, W, Mo, Fe и др.).

Известны случат фашин 1я koi ггактовых метасоматигов (марганцовых скарнов) при воздействии кислых магм на родохрозитовые тела. При этом эти скарны полностью аналогичны по составу минералов и составу зон магнезиальным скарнам, если заменить мантии марганцем. В таких сравнительно высокотемпературных (выше 550°С) условиях родохрозит стабилен с тсфроитом и галакситом марганцевой шпинелью.

Известны также наход ки родохрозита совместно с марганцовыми фосфатами в пегматитах. Однако такие случаи высокотемпературного образования или сохранения родохрозита очень редки.