About the composition and neutron activation radiography of topaz crystals from an author’s collection

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Топазы в гранитоидных породах и пегматитах регионов мира охарактеризованы ранее в справочнике «Минералы» (1972, т. III, вып. 1), где химический состав топазов установлен силикатным и спектральным анализами. В последующие годы с усовершенствованием аналитической аппаратуры данные о топазах пополнялись многими исследователями (Платонов и др., 1984 и мн. др.). Условия нахождения топазов, вариации величины кристаллов, относительное постоянство содержаний главных химических компонентов и элементов-примесей и минеральных микровключений обобщены в справочнике «Типоморфизм минералов» (1989). Естественно, что лучшие по величине, форме, цвету и прозрачности кристаллы топаза пополняли музеи разных стран, исследовательских организаций, а также авторских коллекций.

Исследованная коллекция топазов была собрана нами с помощью коллег в процессе геолого-минералогических исследований 1974–1987 гг. из некоторых месторождений России и Украины. Ранее рентгенофлюоресцентным и спектральным методами и методом лазерной масс-спектрометрии (ЛМС) определены содержания элементов-примесей в топазах (Попов и др., 1992). В одном образце проанализирован изотопный состав Si (Быковский и др., 1987). В ростовых зонах некоторых образцов определен параметр ячейки b₀ топаза (Попова, Долгопят, 1989). Препараты топаза были облучены потоком тепловых нейтронов 1.58 · 10¹¹ n/см² · с в течение трех минут в канале 119 реактора ВВР-К в Институте ядерной физики АН КазССР в Алма-Ате (ныне – Алматы) с интервалом «охлаждения» (τ) от 5 мин. до 1.5 месяцев и более после облучения с последующими фотоэкспозициями (t_э) длительностью от 15 с до 1.5–3 ч и более на стеклянных фотопластинках «Изоорто» (Попова, 1995). Интенсивно излучавшие участки топазов на радиографиях формировали темные зоны разной интенсивности, которые при печати на фотоснимках отражаются как светлые до белых, а менее излучавшие участки – темные до черных. Результаты изучения ростовой анатомии, выявленной методом нейтронно-активационной радиографии, были дополнены данными неоднородности химического состава кристаллов топаза и приведены в настоящей статье.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе изучены избранные кристаллы топаза из: пегматитов Волыни (Украина) (n = 4), копей № 87 и № 411 в Ильменских горах на Южном Урале (n = 3), жил Орловского Ta-Nb-месторождения в Забайкалье (n = 3), пегматитов Шерловой горы в Забайкалье (n = 4) и топаз-кварцевых жил месторождения Забытое в Приморье (n = 7) (рис. 1). Топазы из друзовых полостей жил разных месторождений обычно разнообразны по габитусу и комбинации форм. Среди исследованных топазов встречались кристаллы от длиннопризматических до «субизометричных» с гранями ромбических призм m{110}, l{120}, f{011}, d{101}, p{102}, M{230}, дипирамид o{111}, u{112} и пинакоидов c{001}, b{010} (рис. 2), а также с участками сложных индукционных поверхностей сокристаллизации с соседними кварцем, полевыми шпатами, слюдами, турмалином и другими минералами. Для исследования анатомии кристаллов использованы 19 плоских пластинок топаза толщиной до 5–10 мм в сечениях, параллельных или перпендикулярных оси [001].

 

Рис. 1. Местонахождение объектов изученных топазов на Яндекс-карте.

1 – Волынь; 2 – Урал, Ильменские горы; 3, 4 – Забайкалье; 5 – Приморье.

Fig. 1. Location of the studied topaz objects on Yandex map.

1 – Volyn; 2 – Urals, Ilmeny Mountains; 3, 4 – Transbaikalia; 5 – Primorye.

 

Рис. 2. Обычные формы исследованных кристаллов топаза (индексы форм описаны в тексте).

Fig. 2. Typical forms of the studied topaz crystals ( indices of forms are described in text).

 

Химический состав топаза и минеральных включений в нем исследован в 2023 г. в Южно-Уральском федеральном научном центре минералогии и геоэкологии УрО РАН (г. Миасс) с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Vega-3 Tescan с энергодисперсионным спектрометром (ЭДС) Oxford Instruments X-act (аналитик М.А. Рассомахин) и расчетом H₂O.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Топазы Волыни

Топазы Волыни известны с первой половины ХVІІІ в. в топаз-берилловых пегматитах среди гранитов Коростеньского плутона на северо-западе Украины (рис. 1). В дальнейшем при эпизодической отработке жил добывались коллекционные, ювелирные и технические топазы, разнообразные по величине, форме, цвету и прозрачности. Отмечались находки топазов весом до 100–150 кг; в 1965 г. в камере пегматита с топазами встречен крупный столбчатый кристалл топаза длиной 82 см, толщиной до 43 см и весом 117 кг (Сорокин и др., 1967).

Наиболее привлекательны зональные и зонально-секториальные полихромные кристаллы. Один из примеров окраски разных пирамид роста по трем сечениям топаза Волыни (рис. 3) – голубой призмы l{120}, розовой призмы m{110} и бесцветных пинакоида b{010} и призмы f{011} – приведен ранее (Леммлейн, Меланхолин, 1951; цвет дан нами). В другом кристалле топаза пирамида роста пинакоида b{010} – розовая, призмы l{120} – голубая (Леммлейн, 1948). Ранее указывалось (Бершов, 1970, Платонов, 1976 и др.), что предцентры окраски волынских топазов имеют радиационную природу с образованием комплексов [Ti_׀–O₄F₂] в голубых топазах и зонах, а комплексов [Ti_׀׀–O₄(OH,F)₂] и [Ti_׀׀׀–O₄(OH)₂] – в розовых топазах. Отмечалось также, что химический состав голубых и розовых топазов мало отличается, в основном, по содержанию фтора (Платонов и др., 1984).

 

Рис. 3. Схема зонально-секториальной окраски волынского топаза в сечениях кристалла по (001).

Fig. 3. Scheme of zoned-sectorial color of the Volyn topaz in crystal sections along (001).

 

Нами исследованы топазы в пластинках размером 4–6 см и толщиной ~1 см в срезе ║(001), переданные К. Клопотовым в 1982 г. (отобранные, вероятно, из разных жил или полостей). Пластинки топазов прозрачные, с участками граней ромбических призм m{110}, l{120} и розоватыми, голубоватыми, коричневатыми и бесцветными зонами и секторами. В одних кристаллах периферические зоны призмы m – розоватые, в других – голубоватые или бесцветные, а зоны призмы l – розоватые или бесцветные (рис. 4).

 

Рис. 4. Вид пластинок топазов Волыни до облучения: а – № 50; б – № 51; в – № 52 (показан контур препарата для электронного микроскопа); г – № 49.

Fig. 4. Plates of the Volyn topaz crystals before radiation: а – no. 50; б – no. 51; в – no. 52 (with contour of the specimen for SEM studies); г – no. 49.

 

После трех минут облучения реакторными нейтронами окраска топазов стала более интенсивной: розовые участки приобрели красный или фиолетово-красный цвет, голубоватые – ярко-голубой, а первично бесцветные – голубоватый. Зональность и секториальность топазов контрастно проявлена на фото последовательных радиографий (рис. 5), где наиболее активны светлые участки и зоны (исходный препарат № 52 позднее был обколот для анализов относительно формы образца на рис. 4в). Условия выполнения радиографий препаратов топаза: № 50 – τ 5 сут., t_э 6 ч.; № 51 – τ 15 мин., t_э 30 с.; № 52а – τ 17 мин., t_э 15 с.; № 52б – τ 14 мес., t 1.5 мес.; № 49а – τ 1 ч., t_э 1.5 мин.; № 49б – τ 5 суток, t_э 6 ч.

 

Рис. 5. Результат радиографии фрагментов зонально-секториальных топазов Волыни в сечении (001).

В кристаллах №№ 50 и 51 показаны контуры препаратов (а, б) для электронного микроскопа.

Fig. 5. Result of radiography of fragments of the Volyn zoned-sectorial topaz in section (001).

Contours of specimens for SEM studies are shown in crystals nos. 50 and 51 (а, б).

 

Результаты электронно-микроскопических исследований состава топаза были сопоставлены с картинами радиографий.

Топаз № 50. Полихромная пластина размером 6.5 см (рис. 4) после облучения была распилена на две части (50а, 50б). В препарате 50а установлены следующие вариации состава, мас. %: Al₂O₃ 55.87–56.62; SiO₂ 32.31–33.05; F 8.18–9.15 с расчетом H₂O^* 1.53–3.09; Σ 99.98–100.01. Топаз розоватых зон сектора призмы m после облучения был менее активен (темный на рис. 5) с содержанием 8.18 мас. % F в периферической зоне роста d (рис. 6а), а в центральной части голубоватых активных зон f (светлых на рис. 5) призмы f{011} – 8.22 мас. % F. Эмпирические формулы участков топаза (здесь и далее – расчет на Si = 1): a – Al_2.01[SiO₄]F_0.88(OH)_1.15; b – Al_2.03[SiO₄]F_0.83(OH)_1.26; c – Al_2.04(SiO₄)[F_0.85(OH)_1.27]; d – Al₂(SiO₄)[F_0.79(OH)_1.21]; e – Al_2.06(SiO₄)[F_0.82(OH)_1.36]; f – Al_2.03(SiO₄)[F_0.80(OH)_1.29].

 

Рис. 6. СЭМ фото фрагмента кристалла топаза № 50 с участками анализов.

Fig. 6. BSE image of fragments of topaz crystal no. 50 with points of analyses.

 

В препарате 50б розоватые участки а, c, d (рис. 6б) содержат 8.29, 7.44 и 7.72 мас. % F, в голубоватом участке «b» – 8.48 мас. % F с эмпирическиими формулами состава: a – Al_1.98[SiO₄]F_0.79(OH)_1.15; b – Al_2.02[SiO₄]F_0.82(OH)_1.24; c – Al₂[SiO₄]F_0.71(OH)_1.29; d – Al₂[SiO₄]F_0.74(OH)_1.21; e – Al_2.16[SiO₄]F_1.18(OH)_1.30; f – Al_2.05[SiO₄]F_0.86(OH)_1.29. Участок e выделяется немного повышенными количествами F и Al (рис. 6б, в), что предположительно, связано с микроблоком топаза другой ориентировки.

Топаз № 51. Крупная пластинка с голубоватой периферической зоной и внутренними розовыми зонами призмы m{110} и небольшим розовым участком пирамиды роста призмы l{120} ( рис. 4) после облучения и фотопечати также распилена на два препарата (рис. 5 и 7). Препараты 51а и 51б характеризуются следующими вариациями содержаний (мас. %): Al₂O₃ 56.28–57.01; SiO₂ 30.84–31.82; F 12.31–15.98.

 

Рис. 7. СЭМ фото фрагмента кристалла топаза № 51 с участками анализов.

Fig. 7. BSE images of fragments of topaz crystal no. 51 with points of analyses.

 

В препарате 51а периферическая голубоватая зона роста призмы m (рис. 4а) малоактивна (темная на фото радиографии рис. 5) с повышенным содержанием Al (рис. 4, участок b); внутренние светлые зоны (a, c) содержат меньше F. Эмпирические формулы состава разных участков топаза: a – Al_2.10(SiO₄)[F_1.29(OH)_1.01]; b – Al_2.11(SiO₄)[F_1.35(OH)_0.98]; c – Al_2.13(SiO₄)[F_1.28(OH)_1.11]; d – Al_2.11(SiO₄)[F_1.32(OH)_1.01].

В препарате 51б участок «а» характеризует состав розовой пирамиды роста призмы l{120} c содержанием F 12.31 мас. %, а участки b–f – зон призмы m{110} с голубоватой периферической зоной участка «e» и розовыми внутренними зонами – с 13.35–15.21 мас. % F (рис. 4, 7). Повышенными содержаниями F 15.98 и Al₂O₃ 57.01 мас. % выделяется «саблевидный» микроблок g топаза. Составы разных участков топаза характеризуются формулами: a – Al_2.11[SiO₄]F_1.23(OH)_1.10; b – Al_2.11[SiO₄]F_1.35(OH)_0.98; c – Al_2.13[SiO₄]F_1.38(OH)_1.01; d – Al_2.15[SiO₄]F_1.54(OH)_0.91; e – Al_2.14[SiO₄]F_1.51(OH)_0.91; f – Al_2.11[SiO₄]F_1.55(OH)_0.78; g – Al_2.18[SiO₄]F_1.64(OH)_0.90. В этом топазе встречено микроагрегатное включение (h, i) неизвестных гидроксихлоридов Cs, Na и Rb с примесями Al, K, Ca (мас. %) (табл. 1).

 

Таблица 1

Химический состав включений гидроксихлоридов Cs, Na и Rb (мас. %) в топазе № 51б

Table 1

Chemical composition of inclusions of Cs, Na, and Rb hydrohyclorides (wt. %) in topaz no. 51b

№ ан.	Na	K	Ca	Al	Cs	Rb	Cl	O	Сумма
h	6.63	0.56	1.24	1.71	40.13	5.76	30.02	13.05	99.10
i	8.21	7.99	–	0.81	14.57	19.99	37.13	4.52	93.22
Эмпирические формулы
h	(Cs0.36Na0.35Rb0.08Al0.08Ca0.04K0.02)0.93Cl1.02(OH)0.47
i	(Na0.81Rb0.52K0.26Cs0.26Al0.08)1.95Cl2.37

 

Топаз № 52 – прозрачная голубоватая спайная пластинка с бесцветной периферической зоной призмы m{110} ( рис. 4в). После облучения потоком нейтронов окраска топаза изменилась: периферическая бесцветная зона призмы m{110} приобрела голубой цвет с чередованием пяти зон разной интенсивности, а центральная (первично голубоватая) – стала пятнистой коричневато-розовой. Участки зон 1–3 исходного топаза № 52 (рис. 4в) были ранее исследованы в МИФИ методом ЛМС (Быковский и др., 1987). Для порошковых проб топаза из периферических зон 1m – призмы m{110}, 2l – призмы l{120}, 3f – призмы f{011} получены эмпирические формулы: 1m – Al_1.98[SiO₄]F_1.21(OH)_0.73; 2l – Al_1.99[SiO₄]F_1.12(OH)_0.85; 3f – Al_1.99[SiO₄]F_1.17(OH)_0.80. Примеси K, Na, Ca и Fe, вероятно, обусловлены микровключениями полевого шпата.

В упомянутых зонах топаза № 52 определен изотопный состав Si (мас. %): в зоне 1m – ²⁸Si 88, ²⁹Si 8.0, ³⁰Si 4.0; в зоне 2l – ²⁸Si 88, ²⁹Si 8.4, ³⁰Si 3.6; в зоне 3f – ²⁸Si 89, ²⁹Si 7.2, ³⁰Si 3.8 (Быковский и др., 1987). По сравнению со средними данными для природного кремния (мас. %) – ²⁸Si 99.21; ²⁹Si 4.70; ³⁰Si 3.09 (Чупахин и др., 1972), в волынских топазах повышены содержания тяжелых изотопов Si.

На фотоснимке радиографии топаза (рис. 5а) после «охлаждения» в течение 17 минут с экспозицией 15 секунд средняя часть препарата более излучала (светлая), а его неоднородная нижняя часть была менее активна с темными зонами призмы m{110} и секущим однородным участком пирамиды роста пинакоида b{010}. Через 14 месяцев после облучения и наиболее длительной фотоэкспозиции 1.8 месяцев картина неоднородности топаза изменилась, особенно в его нижней части (рис. 5б), где более излучали внутренние («начальные») светлые зоны пирамид роста призм f{011} и m{110}.

В химическом составе топаза выявлены вариации содержания компонентов (мас. %): SiO₂ 30.85–31.52, Al₂O₃ 56.14–57.15, F 13.64–14.55. Эмпирические формулы участков a–g (рис. 8): a – Al_2.11[SiO₄]F_1.37(OH)_0.96; b – Al_2.17[SiO₄]F_1.48(OH)_1.03; c – Al_2.12[SiO₄]F_1.39(OH)_0.97, d – Al_2.12[SiO₄][F_1.38(OH)_0.98, e –Al_2.13[SiO₄]F_1.41(OH)_0.98; f –Al_2.12[SiO₄]F_1.52(OH)_0.84; g – Al_2.18[SiO₄]F_1.47(OH)_1.07.

 

Рис. 8. СЭМ фото фрагмента кристалла топаза № 52 с участками анализов.

Fig. 8. BSE image of fragment of topaz crystal no. 52 with points of analyses.

 

Топаз № 49 в сечении ~[001] прозрачного кристалла – полихромный с коричневатым центральным участком и периферическими бледно-розовыми зонами пирамид роста призмы m{110}, включающих тонкие светло-коричневые зоны (рис. 4г). В голубоватых и коричневатых зонах роста призмы l{120} особо выделяется «ядро» кристалла – почти бесцветный сероватый участок пирамиды роста пинакоида b{010}. После облучения реакторными нейтронами фотографии последовательных радиографий топаза через 19 минут и 5 суток существенно отличаются картинами и интенсивностью излучения разных зон (рис. 5, кристалл 49а, б). В порошковых пробах разных участков топаза методом ЛМС определены вариации содержания элементов, мас. %: Al 24–25, Si 14–15, F 14.8–15.5, O 41–42 и микропримеси Fe, Ti, Na, Mg (препарат не сохранился и на СЭМ не исследован). По данным ЛМС анализов, эмпирические формулы топаза разных зон относительно близки при дефиците фтора: зона пинакоида b{010} – Al_1.98[SiO₄]F_0.80(OH)_1.14, внутренняя зона роста призмы m{110} – Al_2.01[SiO₄]F_0.84(OH)_1.19, периферическая ее зона – Al₂[SiO₄]F_0.75(OH)_1.25; внутренняя зона роста призмы l{120} – Al_2.02[SiO₄][F_1.04(OH)_1.02, а периферическая зона – Al_2.06[SiO₄]F_0.78(OH)_1.40.

Топазы Ильменских гор

Топазы в Ильменских горах на Южном Урале выявлены во второй половине XVIII в. при добыче мусковита из пегматитов; в 1777–1780 гг. встречались топазы весом до 2–3 кг. Позднее топазы найдены в ряде жил амазонитовых и некоторых безамазонитовых гранитных пегматитов, иногда до 10– 30 см величиной (Минералы..., 1949; Попов, Попова, 2006). Более обычны бесцветные прозрачные или замутненные кристаллы топаза величиной до 2–3 см, реже встречаются голубоватые или желтоватые. При расчистке копей находили и крупные полихромные зональные топазы. Так, в копи № 247 добыты кристаллы величиной до 5–10 см с розоватой внутренней частью и периферической голубоватой зоной (Макагонов, 1980). Бесцветные топазы величиной 2.0–2.5 см из друзовых полостей амазонитовых пегматитов копей № 50 (Блюмовской) и № 87 (Лобачевской) на юге Ильменского заповедника, а также из копи № 411 в 2-х км СЗ оз. Таткуль (в северной части заповедника), полученные ранее от В.О. Полякова, после облучения не изменили цвета, а на фотоснимках радиографий в сечении ~(001) после трех минут облучения в реакторе проявились их контрастная зональность и секториальность (рис. 9).

 

Рис. 9. Результат радиографии фрагментов секториальных и зонально-секториальных кристаллов топаза из копей №№ 50 (а), 87 (б) и 411(в).

Fig. 9. Result of radiography of fragments of sectorial and zoned-sectorial of topaz crystals from mines nos. 50 (а), 87 (б) и 411(в).

 

Топаз из Блюмовской копи № 50 (рис. 9а) в сечении ⊥[001] в порошковых пробах из центральной части препарата по данным ЛМС содержит 16.6 мас. % F, из пирамиды роста призмы l{120} – 18 мас. % F (препарат не сохранился и полнее не исследован).

Топазы из копей №№ 87 и 411 (рис. 9б, в) после облучения нейтронами приобрели зонально-секториальную неоднородность. Химический состав участков (рис. 10) немного отличается (мас. %): SiO₂ 31.59–32.05, Al₂O₃ 56.39–56.93, F 11.44–13.29. Эмпирические формулы топаза № 141 из копи № 87 (рис. 9а): a – Al_2.09[SiO₄]F_1.16(OH)_1.11, b – Al_2.07[SiO₄]F_1.31(OH)_0.90, c – Al_2.12[SiO₄]F_1.32(OH)_1.04. В топазе выявлены микровключения торита d – (Th_0.66Ce_0.18La_0.05Nd_0.05Ca_0.03Pr_0.01)_0.98[SiO₄]_0.65[PO₄]_0.35 и шерла e – Na_1.06(Fe_2.83Mn_0.13Zn_0.07Ti_0.06)_3.09Al₆(BO₃)₃(Si_5.97Al_0.03 O₁₈)(OH)₄.

 

Рис. 10. СЭМ фото фрагментов кристаллов топаза № 141 (а) и № 58 (б) из гранитных пегматитов Ильменского государственного заповедника с участками анализов.

Fig. 10. BSE image of fragments of topaz crystals no. 141 (а) and no. 58 (б) from granite pegmatites of the Ilmeny State Reserve.

 

Топаз № 58 из копи № 411 в периферических зонах роста призм l{120} и m{110} характеризуется разным составом участков (рис. 10б) с эмпирическими формулами:

a – Al_2.13[SiO₄]F_1.38(OH)_1.01; b – Al_2.09[SiO₄]F_1.18(OH)_1.09;

c – Al_2.07[SiO₄]F_1.11(OH)_1.10; d – Al_2.10[SiO₄]F_1.14(OH)_1.16.

Топазы Забайкалья

Топазы Забайкалья известны с ХVIII в. (Кулибин, 1829; Ферсман, 1962; Загорский и др. (1999) и активно добывались по 2000 г. и позднее. Известно, что в 1839 г. был найден голубоватый прозрачный топаз весом 11 кг, а в 1840 г. – кристалл просвечивающего винно-желтого топаза весом 31 кг (Ферсман, 1962), переданный позднее в Музей Санкт-Петербургского государственного университета. Нами в 1980–1982 гг. были отобраны и исследованы кристаллы топаза из жил Орловского Li-Ta-Nb-месторождения, локализованого в Западном массиве Борщовочного кряжа, и из жил в топазо-кварцевых грейзенах Шерловой горы восточной части гранитного массива Адун-Челон в Восточном Забайкалье (рис. 1).

Орловское месторождение в грейзенизированых литий-фтористых гранитах Западного массива Хангилайского плутона в 1960–1980 гг. отрабатывалось карьером, в уступах которого были вскрыты амазонит-кварцевые жилы с топазом, Li-F-слюдами и танталониобатами (Беус, Залашкова, 1965; Попова, Попов, 1982). Исследованные нами бесцветные прозрачные кристаллы топазов размером до 2.5 см после облучения реакторными нейтронами в течение трех минут остались бесцветными и прозрачными с кратковременной голубоватой люминесценцией. На фотоснимках радиографий кристаллы №№ 136 и 138 в сечении ~(100) зональны и секториальны с активной периферической светлой зоной роста призмы m (рис. 11а, б), а в сечении ~(010) обломка кристалла № 139 более активны были средние зоны роста призм l{120} и f{011} (рис. 11в).

 

Рис. 11. Результат радиографии фрагментов кристаллов топаза №№ 136 (а), 138 (б) и 139 (в) Орловского месторождения.

Fig. 11. Result of radiography of fragments of topaz crystals nos. 136 (а), 138 (б), and 139 (в) from the Orlovskoe deposit.

 

Кристаллы топаза (рис. 12) характеризуются следующими вариациями содержания компонентов, мас. %: Al₂O₃ 56.19–56.97; SiO₂ 31.79–32.44; F 10.21–11.14.

 

Рис. 12. СЭМ фото фрагментов кристаллов топаза № 136 (а) и № 137 (б) Орловского месторождения с участками анализа.

Fig. 12. BSE image of fragments of topaz crystals nos. 136 (a) and 137 (б) of the Orlovskoe deposit with points of analyses.

 

Топаз № 136 в разных участках (рис. 12а) характеризуется близким составом с формулами: a – Al_2.06[SiO₄]F_1.09(OH)_1.09 – в периферической зоне призмы l{120}; b – Al_2.06[SiO₄]F_1.08(OH)_1.10 – в периферической зоне призмы m{110}; c – Al_2.09[SiO₄]F_1.10(OH)_1.17 – центр препарата. Стенки полости трещины (e) шириной ~1 мм регенерированы микрокристаллами топаза согласно ориентировке матрикса.

Топаз № 137 (рис. 12б) в участках a–d характеризуется близким составом c формулами: a – Al_2.07[SiO₄]F_1.08(OH)_1.13 – в периферической зоне призмы f{011}; b – Al_2.08[SiO₄]F_1.0(OH)_1.24 – в зоне призмы u{112} в центре препарата; c – Al_2.07[SiO₄]F_1.02(OH)_1.19 и d – Al_2.08[SiO₄]F_1.00(OH)_1.24 – в периферических участках призмы u{112}.

Топаз № 138 (рис. 11б) исследован методом ЛМС в порошковых пробах из зон призм m{110} и l{120} с расчетными формулами состава: m{110} – (Al_1.84Fe_0.06Ti_0.04)_1.94[SiO₄]F_0.98(OH)_0.84; l{120} – (Al_1.88Fe_0.04Ti_0.03)_1.95[SiO₄]F_1.14(OH)_0.71. Выявленные в топазе примеси Mg, Li и Rb, вероятно, обусловлены микровключениями турмалина.

Топазы Шерловой горы переданы нам К. Клопотовым и исследованы в сечении (001) трех прозрачных голубоватых до бесцветных кристаллов размером 1.5–2.3 см из бериллсодержащих топаз-кварцевых жил «Разведки Поднебесных» в грейзенизированых литий-фтористых порфировидных гранитах. После облучения в реакторе голубоватый кристалл № 53 изменил цвет на розовато-голубоватый, а бесцветный кристалл № 55 приобрел голубоватую окраску.

Топаз № 53 после облучения реакторными нейтронами на последовательных радиографиях характеризуется разной интенсивностью излучения зон. После «охлаждения» в течение 19 минут и экспозиции в течение 20 секунд внутренние светлые зоны топаза были более активны (рис. 13а), а на позднем фотоснимке (после «охлаждения» в течение 8 час. 15 мин. и экспозииции в течение 1.5 часа) проявилась их контрастная зонально-секториальная неоднородность (рис. 13б), включая и внутреннюю активную светлую зону пинакоида b{010}. Препарат не сохранился (не исследован на СЭМ).

 

Рис. 13. Результат радиографии фрагментов кристаллов топаза № 53 (а, б) и № 55 (в) в сечении (001) из жил Шерловой Горы.

Fig. 13. Result of radiography of fragments of topaz crystals nos. 53 (a, б) and 55 (в) in section (001) from the Sherlovaya Gora veins.

 

Топаз № 55 – неоднородно-зональный с обилием микровключений и пор с активно-излучающими светлыми участками зон призмы m{110} и пинакоида b{010} на снимке радиографии (рис. 13в). Вариации содержания компонентов в топазе № 55 (рис. 14а) составили (мас. %): Al₂O₃ 56.01–56.79; SiO₂ 31.05–31.43; F 13.67–14.78; Σ 101.89–101.97. Эмпирические формулы состава участков топаза: a – Al_2.13[SiO₄]F_1.38(OH)_1.01 – в периферической зоне призмы m{110}; b – Al_2.14[SiO₄]F_1.47(OH)_0.95 – в центральном участке кристалла; c – Al_2.13[SiO₄]F_1.51(OH)_0.88 – в периферической зоне пинакоида b{010}.

 

Рис. 14. СЭМ фото фрагментов кристаллов топаза № 55 (а, с включением циркона) и № 56 (б).

Fig. 14. BSE image of fragments of topaz crystals no. 55 (a, with zircon inclusion) and no. 56 (б).

 

В этом топазе выявлено микровключение циркона с вариациями содержания HfO₂ 0.64–2.35 мас. % и эмпирическими формулами состава: на участках d – (Zr_0.99Hf_0.01)[SiO₄] – в центре зерна; e – (Zr_1.0Hf_0.01)[SiO₄] – на периферии его; f – (Zr_0.97Hf_0.02)[SiO₄] – в участке «зоны обрамления».

Топаз № 56 размером 1.5 см прозрачный, бледно-голубоватый в сечении ~(001), с тончайшими трещинками (рис. 14б), частично заполненными желтой глиной. Вариации состава топаза разных участков относительно близки со следующими расчетными формулами: Al_2.06[SiO₄]F_1.07(OH)_1.11; b – Al_2.07[SiO₄]F_1.06(OH)_1.15; c – Al_2.06[SiO₄]F_1.11(OH)_1.07; d – Al_2.08[SiO₄]F_1.06(OH)_1.18.

Топазы Сихотэ-Алиня

Исследованы топазы из месторождения Забытое (Сихотэ-Алинь), открытого в 1952 г. геологами Э.М. Размахниной и Ю.Н. Размахниным по свалам вольфрамит-полевошпат-кварцевых жил в крутом правобережье р. Иман (ныне – р. Большая Уссурка). Топазы в нем указаны среди акцессорных минералов В.Т. Шацкой (Заболотная и др., 1962). Субмеридиональные крутопадающие свиты топазсодержащих кварцевых жил (с запада на восток) – Искра, Майская, Кварцевая, Ануш, Василинка, Озорная, Зеленая, Голубая, Лучистая – залегают в грейзенизированых осадочных породах (C₁) и гранитоидах Приискового массива (Гвоздев и др., 1990). Нами они были обследованы в 1986–1987 гг. с обобщением и дополнением характеристики минералов (Попов и др., 1992). В наиболее доступной штольне № 2 зоны Майской в жилах грейзеновой стадии характерны небольшие субизометричные до столбчатых кристаллы топаза в агрегатах с кварцем, касситеритом, вольфрамитом, Li-содержащими слюдами, бериллом, альбитом, сульфидами и другими минералами. В друзовых полостях крупных жил отмечались кристаллы топаза размером до 7–8 см. Среднее содержание топаза в зоне Майской составляет ~7 % объема (по технологической пробе № 2).

Нами отобрано 16 кристаллов топаза с помощью техников-геологов Г. Барыгиной, С. Садкина и С. Цуцара из ряда последовательных жил: 1) циннвальдит-кварцевых с вольфрамитом, бериллом, касситеритом и сульфидами Mo, Zn, Cu и Fe; 2) берилл-кварцевых с вольфрамитом и сульфидами Mo и Bi; 3) топаз-кварцевых с вольфрамитом, касситеритом, арсенопиритом и станнином; 4) топаз-кварцевых с вольфрамитом и сульфидами Fe и Zn; 5) топаз-кварцевых с мусковитом, флюоритом и сульфидами Fe и Zn. Эти нередко пересекающиеся жилы оказались близкими по минеральному составу вследствие частого трещинообразования и раскрытия разнонаправленных полостей.

Кристаллы топаза из жил зоны Майской короткопризматические до длиннопризматических с габитусными гранями призм m{110}, l{120}, f{011}, меньшими – d{101}, o{111} и редкими – пинакоидов c{001}, b{010}. На кристаллах топазов обычны участки индукционных поверхностей сокристаллизации с кварцем и другими минералами. В друзовых полостях жил преобладают прозрачные бесцветные или зональные голубоватые топазы с бесцветными и розоватыми зонами, реже – желтоватые, а также полихромные зонально-секториальные кристаллы с голубоватыми пирамидами роста граней l{120}, f{011} и желтовато-розоватыми – m{110} (рис. 15).

 

Рис. 15. Зарисовка цветовой зональности топазов месторождения Забытое.

Fig. 15. Sketch of color zonation of topaz of the Zabytoe deposit.

 

Плоскопараллельные препараты топаза толщиной до 1 см после облучения реакторными нейтронами с 2/3 тепловых изменили окраску или ее интенсивность, а фотоснимки радиографий оказались контрастно зональны и зонально-секториальны (рис. 16): В бесцветных прозрачных кристаллах (№ 34, 37-1, 37-2, 79) проявилась секториальность окраски: пирамиды роста призм l{120} и f{011} розовато-голубоватые; m{110} и b{010} – розоватые или розовато-коричневатые, d{101} – розоватые;

Полихромные полупрозрачные кристаллы (№ 80 и № 45) с первично однородными голубоватыми секторами призм f{011}, d{101}, дипирамиды o{111} и розоватыми m{110} после облучения секторы призм f, d, o приобрели более интенсивный розовато-голубоватый цвет, а призмы m{110} – розовато-коричневатый. Неоднородный серовато-голубоватый топаз № 44 изменил окраску на розовато-коричневатую.

В исходных образцах топазов и некоторых плоскопараллельных препаратах встречены включения сингенетичных минералов: в топазе № 34 – вольфрамита (Fe,Mn)WO₄ размером до 5 мм и более мелкие включения касситерита SnO₂ и кварца. В топазе № 37-б обнаружены микровключения мусковита состава (K_0.91Na_0.03Fe_0.03Mn_0.02Ca_0.01)Al₂[Si_3.24Al_0.76](OH)_1.64F_0.35 и флюорита CaF₂. В топазах № 44а и № 45 выявлены микровключения мусковита, железистого сфалерита ZnS и висмутина Bi₂S₃. В препаратах № 79 и 80 отмечены поздние гидрослюды, локализованные в микрокавернах и трещинах

Состав порошковых проб активированных реакторными нейтронами контрастно-зональных и секториальных топазов по данным ЛМС характеризуется следующими вариациями содержаний элементов, мас. %: Al 27.5–28.3, Si 15.4–16.1, F 15.1–19.6, O 41–42, K 0.05–0.12, Na 0.04–0.06, Ca 0.02–0.06, Fe 0.06–0.19, Ti 0.04–0.09, Ge 0.006–0.026.

На фотоснимках радиографии разных сечений кристаллов топаза различаются интенсивностью излучения и количеством зон (рис. 16).

 

Рис. 16. Результат радиографии сечений фрагментов зонально-секториальных топазов из жил зоны Майская.

Wt – включение вольфрамита.

Fig. 16. Result of radiography of sections of fragments of zoned-sectorial topaz from veins of the Mayskaya zone.

Wt – wolframite inclusion.

 

В топазе № 34 состав более излучавшей предпоследней светлой зоны роста призмы o{111} характеризуется формулой (Al_1.98Ti_0.01Fe_0.01)₂[SiO₄]F_1.11(OH)_0.89, а топаз малоактивной периферической зоны призмы f{011} – формулой (Al_1.98Fe_0.01Ti_0.01)₂[SiO₄]F_1.06(OH)_0.94. В топазе № 37-1 интенсивность излучения постепенно уменьшалась от внутренних светлых зон к периферическим малоактивным темным зонам призм l{120} и f{011}, где наименее активна была зона роста призмы l{120}.

В препарате полихромного топаза № 80 с первично голубоватыми секторами призм f{011}, d{101} и розоватыми – m{110} после облучения реакторными нейтронами проявилась зонально-секториальная неоднородность. Последовательные радиографии через 20 минут после облучения (№ 80а) и через 1.5 месяца (№ 80б) отличаются на фото контрастностью зон (рис. 16, фото 80а, 80б). На ранней фотографии более излучали внутренние светлые зоны призмы m{110} топаза с чередованием менее активных тонких зон; по результатам ЛМС анализа, состав группы зон роста призмы m{110} отвечает формуле (Al_1.95Ti_0.03Fe_0.02)₂[SiO₄]F_1.31(OH)_0.69. Секторы призм f{011} и d{101} топаза образованы 19-ю чередующимися тонкими зонами, из которых 12 зон средней активности, а 7 периферических зон менее активны. Из-за небольшой величины препарата и тонких зон, состав топаза № 80а определен с помощью ЛМС. Состав зон призм f{011} и d{101} топаза средней активности (светло-серых на рис. 16, препарат 80а) характеризуется эмпирической формулой (Al_1.94Fe_0.03Ti_0.02)_1.99[SiO₄]F_1.18(OH)_0.82, а топаз малоактивных зон – формулой (Al_1.93Fe_0.02Ti_0.01)_1.96[SiO₄]F_0.90(OH)_0.98. Результаты ЛМС анализов остальных препаратов не сохранились.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ранее отмечалось, что химическиий состав бесцветных, голубых и розовых топазов мало различаются (в основном, по содержанию фтора) с предцентрами окраски радиационной природы с комплексами Ti³⁺: [Ti_׀–O₄F₂] – в голубых топазах и зонах, а [Ti_׀׀–O₄(OH, F)₂] и [Ti_׀׀׀–O₄(OH)₂] – в розовых топазах (Бершов, 1970; Платонов, 1976). В части валентных анионов исследованные топазы подразделились на три типа по частоте встречаемости (табл. 2): 1) преимущественно фтористые (58 %); 2) фтористо-гидроксильные (21 %); 3) преимущественно гидроксильные (21 %).

 

Таблица 2

Вариации состава валентных анионов в исследованных топазах

Table 2

Variations in the composition of valence anions in the studied topazes

Регионы	№ обр.	F/OH отношение	Тип топазов по составу валентных анионов
Волынь	49	0.73 ± 0.25	Преимущественно гидроксильный
	50	0.66 ± 0.05
	50в	0.63 ± 0.12
	51а	1.28 ± 0.10	Преимущественно фтористый
	51в	1.57 ± 0.30
	52	1.49 ± 0.15
Ильменские горы	58	1.11 ± 0.18	Преимущественно фтористый
	141	1.26 ± 0.20
Забайкалье (Орловка)	136	0.97 ± 0.03	Промежуточный фтористо-гидроксильный
	137	0.86 ± 0.07
	138	1.17–1.61	Преимущественно фтористый
Забайкалье (г. Шерловая)	55	1.54 ± 0.18
	56	0.96 ± 0.06	Промежуточный фтористо-гидроксильный
Приморье (Забытое)	34	1.13–1.25	Преимущественно фтористый
	80	1.42 ± 0.49

 

Распределение исследованных топазов по регионам оказалось неоднородным. Так, месторождения Волыни характеризуются контрастным сочетанием преимущественно фтористых и преимущественно гидроксильных топазов, а в Ильменских горах доминируют фтористые топазы. В Забайкалье преобладают фтористые и фтористо-гидроксильные топазы, в Приморье – преимущественно фтористые топазы.

В исследованных нами топазах закономерной связи их окраски с составом валентных анионов и содержанием в них F не выявлена. В ряде кристаллов топаза от ранних зон роста к поздним зонам призм m{110}, l{120}, дипирамиды o{111} немного увеличивается параметр b₀ и снижается содержание фтора. После облучения топазов в течение трех минут потоком тепловых нейтронов плотностью 1.58 · 10¹¹ n/см² · сек. картины последовательных радиографий могут быть обусловлены распадом изотопов элементов с интервалами «охлаждения» (τ): ²⁸Al, ⁵¹Ti, ²⁷Mg, ²⁰F (τ = 10 мин.); ⁷⁰Ga (τ = 30 мин.); ⁷⁵Ge, ³¹Si, ⁵⁶Mn (τ = 3 час.); ⁷²Ga, ⁷¹Ge (τ = 5 сут.); ⁵⁹Fe, ⁵⁵Fe, ⁴⁵Ca (τ = 1 год) (Попова, 1995).

Методом нейтронно-активационной радиографии наиболее полно выявляются картины зональной и зонально-секториальной неоднородности состава кристаллов топаза (и других минералов), но анализ этих неоднородностей сложен и требует новых сил и методик.

About the authors

V. I. Popova

South Ural Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology UB RAS

Author for correspondence.
Email: popov@mineralogy.ru

Candidate of Geological-Mineralogical Sciences, Scientific Researcher of the Ilmeny State Reserve

Russian Federation, Miass, Chelyabinsk region, 456317

V. A. Popov

South Ural Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology UB RAS

Email: popov@mineralogy.ru

Doctor of Geological-Mineralogical Sciences, Scientific Researcher of the Ilmeny State Reserve

Russian Federation, Miass, Chelyabinsk region, 456317

M. A. Rassomakhin

South Ural Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology UB RAS

Email: miha_rassomahin@mail.ru

Junior Researcher of the Ilmeny State Reserve

Russian Federation, Miass, Chelyabinsk region, 456317

References

Supplementary files