658

 

 

Существует большое количество разных классификаций вещественного состава горных пород: изверженных, утвержденной МСГН [1], систематики и классификации осадочных пород, метаморфических, метасоматических и других. Классификации, составляются по разным признакам, а потому разрываются генетические связи между составами объектов, затрудняются идентификация пород, а также общение специалистов и обучение студентов. Универсальная (всеохватывающая) классификация химических составов горных пород на базе метода RHA была предложена в 1971 г. Т.Г. Петровым [2] и применялась для отдельных групп пород [5], а также при создании каталогов составов минералов [3]. Описание любых аналитических данных в системе RHA состоит из трех частей [4]: R – ранговая формула; H – информационная энтропия Шеннона – мера сложности состава; A – анэнтропия – мера чистоты состава. R– это последовательность символов компонентов, расположенных по уменьшению их содержаний в составе системы. Если компоненты системы это химические элементы, то после их ранжирования по снижению атомных долей или процентов получаем ранговую формулу химического состава(сокращенно Rchem). Если компонентами являются минералы, то, ранжируя их по снижению молекулярных количеств, получим ранговую формулу минерального состава (Rmin). Ранговая формула наглядно представляет распределение компонентов по их значимости, и ее можно назвать формулой рейтинга компонентов. Энтропийные характеристики отражают характер распределения содержаний компонентов в их ранжированной последовательности. Так, энтропия отражает степень равномерности распределения содержаний, а анэнтропия степень малости последних компонентов в ранговой формуле. Система RHA – способ свертки информации об относительно полных анализах, т.е. сумма которых близка к 100%.

Совокупность ранговых формул Rchem упорядочивается линейно однозначно в колонку (одинаковые ранги друг под другом) по особому «алфавиту». Для такого упорядочивания ранговая формула принимается за «слово», в котором за «буквы» приняты символы химических элементов, а за «алфавит» – Периодическая таблица. В результате автоматически получается иерархическая классификация химических составов с нарастанием средних атомных масс к ее концу.

Ранговые формулы минерального состава геологических объектов Rmin располагаются по своему «алфавиту». В этом случае за «слово» принимается последовательность минералов, ранжированных в порядке убывания их количеств, где «буквами» являются названия минералов. «Алфавитом» служит последовательность этих минералов, полученная в их химической R–классификации, или R-каталоге состава всех минералов [3]. Для решения конкретной задачи классифицирования минерального состава какой-либо группы объектов R-каталог может быть составлен из ранговых формул всех слагающих ее минералов. Пример такого «алфавита» для выборки анализов пород фоскорит-карбонатитового комплекса приведен в табл. 1.

 

 

Для создания классификаций и/или каталогов пород по методу предварительно требуется разработать четырехбуквенную аббревиатуру для минералов, по своей встречаемости имеющих шансы на вхождение в ранговую формулу на первые 4–5 мест, так как двух- или трехбуквенной аббревиатуры Кретца недостаточно для описания любых пород и из–за подобия некоторых сокращений; 2) принять некоторые общие для всех пород граничные значения сложности (энтропии), с которой следует именовать породу: по одному (магнетитит), двум (магнетит–форстерит), или трем (магнетит–форстерит–апатит) минералам.

Как сказано выше, содержания минералов выражаются в молекулярных процентах. Использование именно молекулярных процентов обусловлено тем, что процесс формирования породы определяется соотношением между количеством взаимодействующих молекул, соответствующих составу минералов, а не их масс (весов) или объемов. В таблице 2 приведены результаты получения ранговых формул минеральных составов (Rmin) для 18 образцов пород фоскорит-карбонатитового комплекса и их упорядочения по описанному выше способу.

 

Правая колонка таблицы 2 демонстрирует возможность: 1) наглядного, сжатого и вместе с тем полного отображения минерального состава породы; 2) наименования пород по преобладающему одному (выделено жирным) или первым 2–3 минералам; 3) создания поисковых систем по аббревиатуре первых в Rmin минералов; 4) однозначного иерархического упорядочивания минеральных составов пород по их ранговым формулам и автоматического создания классификаций и каталогов, открытых для включения новых данных. В таких классификациях легко выделяются группы пород по близости их Rmin, причем это подразделение можно делать с разной степенью детальности – по длине учитываемой части ранговой формулы: 1, 2, 3 рангам и т.д. Для выборки анализов объектов с данным названием можно оценить степень разнообразия их состава, а также выявить оригинальные, аномальные составы (иногда связанные с неверной диагностикой породы).

Сравним возможности отражения состава нашей выборки пород с помощью ранговых формул и с помощью традиционных треугольных диаграмм (Рис.). Естественно, что для изображения полного состава всех 18 пород потребуется несколько треугольных диаграмм, поскольку ни на одной из них нельзя произвести их однозначную классификацию.

            На рисунке хорошо видно несоответствие R многих пород (4, 7, 9, 12, 16-18) символам полей на диаграмме, поскольку в большинстве из них один из 3-х первых рангов занят форстеритом, а в 18 – флогопитом (P). С другой стороны, для более детального различия некоторых разновидностей пород в их названия часто вводятся второстепенные или даже акцессорные минералы, являющиеся для них типоморфными. Содержания малых, примесных компонентов нельзя показать на традиционных диаграммах совместно с основными компонентами, тогда как никаких препятствий для включения компонентов с малыми содержаниями в ранговую формулу не существует. Для этого нужно лишь увеличить ее длину (т.е. детальность).

            При отсутствии достоверных сведений о минеральном составе горной породы, например, в случае ее микрозернистого или стекловатого сложения, некоторую пользу для ее диагностики может принести сравнение ее химического состава с RHAклассификацией геохимических объектов “CollStart_Ru.xls”. На сайте http://www.geology.pu.ru/niizk/RHA_1.html представлена коллекция RHA–описаний свыше 1200 составов пород (хотя, в принципе, это количество очень мало!) и минералов (слюд, турмалинов, скаполитов, эвдиалитов).

В табл. 3 показаны возможности использования RHA классификации химического состава для той же выборки пород, минеральный состав которых приведен в табл. 2. Сопоставление таблиц 2 и 3 показывает, что по сочетанию ведущих элементов в химическом составе породы нередко можно представить себе и ее минеральный состав: нахождение С на 2-ом или 3-м рангах указывает на преобладание карбоната, расположение Fe на 2-ой позиции – на доминирование магнетита и т.д. Кроме того, в основном, проявилось выделение сходных групп пород, как по минеральному, так и химическому составу. Для пород с преобладанием доломита – доломитовых карбонатитов (Dolm, ан. 1-3) характерны сочетания элементов в первых рангах: OCaMg = C или OCCaMg; кальцита – кальцитовых карбонатитов (Calc, ан. 4-6, 8) – OC = Ca или OCCa; форстерита – форстерититов (Fors, ан. 10, 11) – OMgSi; апатита – апатититов (Apat, ан. 12) – OCaP и магнетита – магнетититов (Mgtt, ан. 13-18) – OFe. Исключением является порода с преобладанием Calc (ан. 7, авторское название RM – редкометальная руда), Rchem которой позволяет предположить ее близость к магнетиту. Это несоответствие легко объяснимо тем, что содержание в ней главных минералов Calc (39.2 мол.%) и Mgtt (30.9 мол.%) довольно близко, а в системе RHA это проявляется не только в расположении элементов Ca, C и Fe по рангам, но и в бóльшей сложности состава, т. е. величине энтропии H. Стоит отметить, что наименьшие значения H (ан. 5 и 8) характерны для почти мономинеральных кальцитовых карбонатитов (содержание Calc > 90 мол.%), а наибольшие – для образцов 9 и 15, содержания 3-х главных минералов в которых отличаются незначительно.

 

Итак, единообразная систематизация и сравнение химических, а также минеральныхсоставов горных пород может осуществляться на базе информационного языкаRHA посредством создания единых, общих для всех национальных языков, каталогов минеральных и химических составов любых объектов.

 

Литература

1. Классификация магматических (изверженных) пород и словарь терминов. Рекомендации Подкомиссии по систематике изверженных пород Международного союза геологических наук // Под ред. С.В. Ефремовой. М.: Недра. 1997.

2. Петров Т.Г. Обоснование варианта общей классификации геохимических систем // Вестник ЛГУ. 1971. № 18. 30-38.

3.  Петров Т.Г., Краснова Н.И. R– каталог состава минералов как часть единого RHA-каталога химических составов геологических объектов // Сб. Минералогические музеи. С.-Петербург, каф. минералогии 2005. С. 368.

4. Петров Т.Г., Фарафонова О.И. Информационно-компонентный анализ. Метод RHA. Учеб. пособие. СПб., 2005. 168 с.

5. Krasnova N.I., Petrov T.G., Balaganskaya E.G., Garcia D. and Moutte J. An introduction to phoscorites // In: Phoscorites and carbonatites from Mantle to Mine: the Key Example of the Kola Alkaline Province (Eds. F. Wall, A.N. Zaitsev) Publishing House of Mineralogical Society Series, London, 2004, Chapter 2, pp. 45-74.