Геммологические характеристики нетрадиционных ювелирных и ювелирно-поделочных камней: на примере касситерита и аммонитов

Некоторые минералы ювелирного качества достаточно редки, что позволяет отнести их к нетрадиционной группе ювелирных камней. Одним из таких минералов является касситерит, известный человеку с бронзового века и активно добываемый на протяжении пяти тысячелетий, как источник олова [28, 69]. При этом касситерит по своим свойствам — высоким показателям преломления (1,9−2,1), дисперсии (0,07), твёрдости (7), разнообразной окраске — не уступает многим известным ювелирным разновидностям минералов [7, 12, 78].

Другим нетрадиционным видом ограночного и ювелирно-поделочного сырья являются аммониты. Аммонит известен человеку с периода древнеегипетского Среднего царства (около 2 тыс. лет до н.э.), являясь символом бога Аммона — главного божества египетского пантеона [75]. Последние десятилетия изделия из аммонитов стали пользоваться широким спросом. Привлекательность аммонитам придаёт своеобразие форм, расцветок, а также возраст окаменелостей, измеряемый десятками миллионов лет. Особенно высоко ценится у ювелиров ископаемый перламутр (аммолит).

Совместно с аммонитами в мергелистых конкрециях содержатся прожилки кальцита различной окраски и текстуры. Такие конкреции известны под названием септарии. Кабошоны из аммонитов и септарий внешне близки и получили общую торговую марку — симбирцит [7].

Актуальность работы. Важной особенностью касситерита и аммонитов, как ограночного и ювелирно-поделочного сырья, является возможность отбора образцов при отработке месторождений олова (касситерит) и месторождений строительных материалов (аммониты). Следовательно, не требуются вложения средств в специализированные поиски, разведку месторождений и их отработку. Тем не менее, систематического отбора коллекционных и ювелирных образцов не проводится, в результате многие из них, в том числе уникальные, потеряны.

— 4 В настоящее время многие месторождения касситерита хорошо изучены, разработаны критерии их поисков и оценки, детально изучен сам минерал [1114, 18, 20, 34−36, 40, 44, 76]. При этом отсутствуют сведения о распространённости и формационной принадлежности месторождений с ювелирным и коллекционным касситеритом, роли факторов, определяющих цвет и прозрачность кристаллов. Публикации по рассматриваемой теме, в том числе зарубежные, немногочисленны и затрагивают отдельные аспекты [1, 8, 9, 12, 25, 27, 40].

Аммониты, несмотря на долгую историческую известность и детальную палеонтологическую изученность [2, 16, 19, 42, 43, 45, 46, 67], как ювелирно-поделочный материал комплексно не изучались. Не оценены факторы, определяющие геммологические характеристики раковин аммонитов, не проведена классификация изделий, а публикации рассматривают преимущественно строение раковин аммонитов и носят палеонтологическую направленность [21−23, 26, 83, 84].

Целью работы являлось определение геммологических характеристик касситерита, аммонитов и сопутствующих им септарий, установление факторов, определяющих окраску и прозрачность ювелирного сырья.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

— оценка распространённости касситерита ювелирного и коллекционного качества, установление его формационной принадлежности;

— определение геммологических характеристик и определяющих их факторов на основе детальных петрографических и минералогических исследований типичных образцов касситеритов, аммонитов и септарий;

— экологическая оценка ювелирно-поделочного сырья из аммонитов;

— разработка рекомендаций по обработке касситерита и видам огранки, проведение классификации изделий из аммонитов, ископаемого перламутра (аммолита) и септарий.

Фактический материал и методы исследования. Диссертационная работа выполнена на кафедре геммологии Российского государственного геологоразведочного университета (РГГРУ) имени Серго Орджоникидзе по результатам исследований, проведённых автором с 2002 г. по 2008 г. в период учёбы в качестве студента и аспиранта.

Изучены коллекции касситеритов Минералогического музея РАН им. А. Е. Ферсмана, ФГУ «Музей Самоцветы» Министерства природных ресурсов, Государственного геологического музея им. В. И. Вернадского, музеев РГГРУ, МГГУ, МГУ, ВИМСа г. Москва, СПГГИ (ТУ) и СИГУ г. Санкт-Петербург, а также ряд частных коллекций. Проанализирован большой объём литературных материалов, получены консультации ведущих специалистов оловянной отрасли. Проведены детальные минералогические исследования касситеритов месторождений Мерек (Хабаровский край).

Ювелирно-поделочное сырьё, связанное с аммонитами, собрано автором в окрестностях г. Ульяновска и на карьере ОАО «Михайловцемент» Рязанской области.

Исследовано 211 образцов с крупным касситеритом из 49 месторождений РФ и 139 образцов из 72 зарубежных месторождений, данные по которым использованы в работе [60]. Изучено 20 прозрачных шлифов и более 50 полированных пластин, изготовленных из крупных кристаллов касситерита месторождений Мерек, Иультин, Тенкергин, Пыркакай. Просмотрено более 1000 кабошонов из аммонитов и септарий, изучено 50 прозрачных шлифов и более 80 полированных пластин. В типичных образцах исследованы минералогический состав и особенности распределения химических элементов. Проведены электронно-микроскопические исследования касситерита, аммонитов и септарий.

Изучение полированных пластин проводилось с помощью геммологического микроскопа «SYSTEM EICKHORST» с оптической насадкой «МБС-10» и микроскопа «Полам Р-312». Прозрачные шлифы описывались под микроскопом «Полам Р-112». Плотность образцов определялась гидростатическим методом на электронных весах «Sartorius Gem G150D». Люминесценция изучалась под ультрафиолетовой лампой «MULTISPEC System Eickhorst» с длиной волны Х=254 и 365 нм. Показатели преломления определялись на геммологических рефрактометрах «Gemoro» и «КЛИО». Определение цвета произведено с использованием цветовых мер-имитаторов «Gem Set».

Аналитические исследования и определение физических параметров проводились в лабораториях РГГРУ, ФГУП «ВИМС», спектры оптического поглощения касситерита анализировались в ООО «ЛАЛ». Термообработка и радиационное облучение касситерита проведены в лаборатории РГХТУ им. Д. И. Менделеева.

Спектральный полуколичественный анализ проводился на 48 элементов из порошковых проб методом просыпки. Количественные определения химического состава проведены в АСИЦ ВИМСа с использованием масс-спектрометра «Е1ап-6100» и атомно-эмиссионного спектрометра «Optima-4300». Элементный состав и микронеоднородность образцов в локальных точках определялись на электронно-зондовом аналитическом комплексе «Superprobe» и «1пса-400». Для определения минерального состава включений в касситерите использовался полевой ИК-спектрометр «Р1МА-11», минеральный состав аммонитов и септарий определялся на рентгеновских дифрактометрах «ДРОН-ЗМ» и «Х° Pert PRO». Электронномикроскопическое изучение образцов проведено на растровом электронном микроскопе «Tesla BS-301», оснащённом рентгеновским спектрометром с дисперсией по энергии, позволяющим определить элементный состав от Mg до U, а также на просвечивающем электронном микроскопе «Tesla BS-540». Микротвердость определялась на микротвердометре «ПМТ-3» с различной нагрузкой и экспозицией для касситерита, пирита и карбонатов. Радиационные характеристики аммонитов определены в лаборатории изотопных методов анализа ФГУП «ВИМС».

Научная новизна работы. Впервые комплексно с использованием современных методов изучены аммониты и касситерит ювелирного качества из типовых месторождений РФ. Установлена связь кристаллов касситерита коллекционного и ювелирного качества преимущественно с кварцевым типом оловорудных месторождений редкометалльно-вольфрам-оловянной формации. Оценены факторы, определяющие цвет и прозрачность касситерита.

Определён детальный минеральный состав, в том числе микровключений, аммонитов и септарий ювелирного качества. Установлены причины, определяющие цвет и прозрачность кальцита аммонитов и септарий, иризацию ископаемого перламутра и интерференционную окраску на поверхности кристаллов пирита. Оценена роль бактерий в разрушении пиритизированных аммонитов и образовании новых минеральных форм.

Практическая значимость. Установлено, что касситериты и аммониты ювелирного качества широко распространены в РФ и характеризуются высокими декоративными показателями. Показана возможность комплексной отработки месторождений олова и некоторых видов строительных материалов с получением дополнительного дохода от реализации ювелирного и ювелирно-поделочного сырья. Результаты детальных минералогических исследований позволили усовершенствовать технологию обработки ограночного сырья, наметить пути его облагораживания. Рекомендованы виды огранки касситерита.

Экологические исследования ювелирно-поделочного сырья из аммонитов и септарий показали возможность использования его в ювелирных изделиях без ограничений. Классификация ювелирно-поделочного сырья из аммонитов и септарий на текстурно-минералогической основе позволяет провести стандартизацию изделий. Результаты исследований, отражённые в методических руководствах с подобранными эталонными коллекциями, используются в учебных курсах для геммологов РГГРУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в семнадцати печатных работах [47−63]. Результаты исследований докладывались на:

— VII и VIII международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле». РГГРУ, Москва (2005 г., 2007 г.);

— XIII международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания, Пермь (2005 г.);

— годичной сессии МО РМО. ИГЕМ, Москва (2005 г.);

— научных симпозиумах «Неделя горняка — 2006», «Неделя горняка — 2007». РГГУ, Москва (2006 г., 2007 г.);

— конференции молодых учёных «Молодые — наукам о земле». РГГРУ, Москва. (2006 г.);

— всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса ВУЗов минерально-сырьевого комплекса России, СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург (2006 г.). Доклад «Минералого-структурная характеристика аммонитов как нового вида камнесамоцветного сырья» удостоен Диплома II степени;

— международном форуме молодых учёных «Проблемы рационального природопользования», СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург (2006 г.);

— VI всероссийской выставке НТТМ-2006, ВВЦ, Москва (2006 г.).

За высокий уровень курсовых работ автору в 2005 году объявлена благодарность ректора РГГРУ. В 2006 году в рамках конкурса «Лучшая студенческая научная работа» по номинации «Лучший научный отчёт» присуждена Первая премия. За успехи в научно-исследовательской и научно-инновационной работе решением руководства НИИП РГГРУ автору присвоено звание Лауреата с награждением нагрудным знаком.

Благодарности. Автор выражает признательность за оказанную помощь в изучении коллекций касситеритов сотрудникам Минералогического музея РАН им. А. Е. Ферсмана, ФГУ «Музей Самоцветы» Министерства природных ресурсов, Государственного геологического музея им. В. И. Вернадского, музеев РГТРУ, МГГУ, МГУ, ВИМСа г. Москва, СПГГИ (ТУ) и СПГУ г. Санкт-Петербург. Автор благодарит сотрудников ФГУП «ВИМС» Н. И. Чистякову, Г. К. Кривоконеву, И. С. Наумову, С. И. Иванкова, А. Е. Бахура, В. Т. Дубинчука, В. В. Ружицкого за оказанную ими помощь в исследованиях образцов касситерита и аммонитов и интерпретацию полученных данных, Н. Н. Кривощекова за оказанную помощь в фотографировании образцов и шлифов. Сотрудников ФГУП «ВИМС» А. Б. Павловского, Н. П. Митрофанова, А. В. Протогенова, Т. Н. Сирину, сотрудника ФГУП «ЦНИГРИ» В. К. Политова за консультации по формационной принадлежности месторождений олова и минералогии касситерита. Автор благодарит старшего преподавателя РГХТУ им. Д. И. Менделеева Э.А. Ахметшина за термообработку и радиационное облучение касситерита, зам. генерального директора ООО «JIAJI» А. В. Васильева за проведение спектроскопических исследований касситерита и интерпретацию полученных результатов, ведущего эксперта-геммолога ФГУП «Центркварц» B.C. Чернавцева за предоставленную для изучения коллекцию касситеритов и консультацию по оловорудным месторождениям. Автор выражает признательность генеральному директору ООО «Лита» A.M. Натариусу за оказанную помощь в сборе фактического материала и предоставленную для изучения коллекцию изделий из аммонитов и септарий.

Особую благодарность автор выражает научному руководителю, профессору Ю. П. Солодовой, чьей помощью и поддержкой он пользовался на протяжении всего времени работы над диссертацией.

Автором диссертации защищаются следующие положения:

1. Касситерит ювелирного качества встречается преимущественно в месторождениях кварцевого типа редкометалльно-вольфрам-оловянной формации. В чёрных непрозрачных кристаллах касситерита часто присутствуют ограночные зоны. Качество ювелирного касситерита обусловлено количеством включений, основные из которых — жидкие и газово-жидкие, и цветом, определяющимся комплексом факторов, связанных с отклонением от стехиометрического состава, зонами роста кристалла и концентрацией в них микровключений.

2. Качество ювелирно-поделочного сырья из аммонитов обусловлено сложным зональным строением, полиминеральным составом и большим количеством микровключений. В отличие от аммонитов, кальцит септарий характеризуется однородным строением и небольшим количеством микровключений. Цвет и прозрачность кальцита аммонитов и септарий определяются размером, формой, ориентировкой кристаллов, количеством пор и содержаниями элементов-примесей Fe и Мп.

3. Ископаемый перламутр ювелирного качества (аммолит) состоит преимущественно из тонких пластинчатых слоёв арагонита, имеющих сложное микроблочное строение. Иризация аммолита связана с размером и структурной упорядоченностью отдельных монокристальных микроблоков арагонитовых слоёв. Содержание вредных элементов и уровень радиационного фона в ювелирно-поделочном сырье из аммонитов и септарий не превышает предельно допустимые концентрации.

Выводы.

Раковины аммонитов Рязанской и Ульяновской областей имеют сложное зональное строение и полиминеральный состав. Аммониты Рязанской области состоят преимущественно из пирита с присутствием арагонита и кальцита. В отдельных образцах фиксируются бассанит, ссомольнокит, марказит, апатит, кварц, дисперсный графит, органическое вещество. Установлены микровключения гипса, сульфатов железа, ферроксигита, микроклина, слоистых алюмосиликатов, оксидов редких земель, Fe, микрочастицы с высокими содержаниями Pt, Se, Ag, Си, Ni и Pd.

Основными минералами, выполняющими раковины аммонитов готеривских отложений Ульяновской области, являются кальцит, пирит и в небольшом количестве арагонит. Из других минералов присутствуют в отдельных образцах доломит, гематит, кварц, шабазит, органическое вещество. Установлены микровключения альгодонита, оксида урана, графита, пиролюзита, гётита, гидрогётита, апатита, ферригидрита, вернадита, магнетита, тодорокита, монацита и галлуазита.

В раковинах аммонитов Рязанской и Ульяновской областей установлены импрегнированные бактерии, игравшие важную роль в разрушении пирита и кальцита и образовании новых минеральных фаз. Цветная побежалость на поверхности пирита связана с тонкими плёночными образованиями сложного минерального состава, включающие магнетит, слоистые алюмосиликаты, ферроксигит, ярозит.

Арагонит образует сохранившуюся исходную раковину аммонитов и представлен преимущественно пластинчатым, а в отдельных образцах и призматическими слоями. Раковины аммонитов характеризуются разнообразием форм, текстур и цветовых оттенков. Определены геммологические характеристики основных минералов, выполняющих раковины аммонитов.

Аммолит (ископаемый перламутр) состоит из слоёв кальцита и тонких прослоев пластинчатого арагонита, содержит включения гематита, доломита, шабазита и органического вещества. Для арагонитовых прослоев характерно сложное микроблочно-слоистое строение. Иризация аммолита определяется размером и структурной упорядоченностью отдельных монокристальных микроблоков арагонита.

Наряду с аммонитами для изготовления кабошонов в большом объёме используются кальцитовые прожилки септарий, характеризующиеся цветовым и текстурным разнообразием. Внешними отличиями кабошонов, изготовленных из септарий, являются отсутствие арагонитовых слоёв перегородок и стенок раковин, незначительное количество пирита, имеющего изометричную форму, в редких случаях, образующих тонкие прожилки. Электронно-микроскопическое изучение кальцита септарий показало в целом однородное строение и небольшое содержание фаз микропримесей. Прозрачность кальцита в аммонитах и септариях определяется преимущественно размером, формой, степенью ориентированности кристаллов и количеством пор, а цвет — содержанием элементов-примесей Fe и Мл.

Проведена классификация ювелирно-поделочного сырья на текстурно-минералогической основе с выделением следующих групп:

— целые раковины аммонитов;

— продольно распиленные аммониты;

— жеоды (кабошоны, включающие частично минерализованные камеры аммонитов);

— кабошоны, включающие полностью минерализованные камеры аммонитов;

— аммолит (ископаемый перламутр);

— кальцитовые прожилки септарий.

Кабошоны из аммолита по качеству разделены на две группы и три сорта. Классификация ювелирно-поделочного сырья позволяет провести стандартизацию изделий. Экологическая экспертиза ювелирно-поделочного сырья не выявила превышения содержаний вредных примесей и радиационного фона.

— 220-Заключение.

Наряду с использованием касситерита как основного источника олова в промышленности, он представляет интерес и как прекрасный коллекционный и ювелирный материал. Касситерит по своим геммологическим характеристикам сопоставим со многими популярными ювелирными разновидностями минералов. При этом в отличие от большинства из них, может добываться попутно, что не требует вложений средств в специализированные поиски месторождений и их отработку.

Касситерит размером более 10 мм, в том числе и с прозрачными зонами различного цвета установлен на 49 месторождениях олова в РФ. Кристаллы коллекционного и ювелирного качества преимущественно связаны с месторождениями кварцевого типа редкометалльно-вольфрам-оловянной формации. Представляют интерес и апоскарновый промышленный тип и редкометалльные пегматиты этой формации. Наиболее крупные кристаллы связаны с жильной формой рудных тел, а также с миароловыми пустотами в пегматитах. Зоны метасоматических грейзенов и штокверки содержат кристаллы, не превышающие 20 мм. Деревянистое олово связано с риолитовым типом этой формации.

Проведённые исследования показали, что часто внешне чёрные непрозрачные кристаллы касситерита содержат прозрачные ограночные зоны высокого качества. Чёрный цвет кристаллов преимущественно обусловлен близким расположением последовательно-параллельных окрашенных зон роста. Зоны роста, как показали электронно-микроскопические исследования, могут быть выражены дефектами в кристалле, в виде поперечных микрозон с концентрацией в них различных минеральных микровключений. Все изученные кристаллы касситерита содержат включения, влияющие на чистоту и прозрачность камня, основными из которых являются жидкие и газово-жидкие. Из микровключений были установлены: тапиолит, ваэсит, гематит, слоистые алюмосиликаты, ильменорутил, графит и аморфное углеродистое вещество.

Цвет касситерита определяется комплексом факторов. Чёрная и серая окраски касситерита определяются дефицитом кислорода в кристаллической структуре, а жёлтая — избытком. Жёлтая окраска проявляется только в периферийных частях кристаллов. Коричневый цвет обусловлен радиационными центрами окраски. Тёмная окраска зон роста может быть связана с микровключениями, и в первую очередь аморфного и графитизированного углеродистого вещества. Ориентированные микрокристаллы гематита и тапиолита определяют плеохроизм, характерный для касситерита. Красным цветом окрашены только узкие зоны роста периферийных частей кристаллов. Оптические эффекты могут создавать впечатление широких зон красного и оранжевого цветов. Красный цвет может определяться как изоморфным железом в структуре кристалла, так и тонкодисперсными выделениями оксида железа. Термообработка позволяет улучшить декоративные качества касситерита. На основе изучения геммологических характеристик касситерита рекомендованы технология его обработки и виды огранки.

Аммонит известен человеку с древнейших времён и в последние десятилетия активно используется для изготовления ювелирных и декоративных изделий, оставаясь геммологически слабо изученным. Проведённые автором исследования показали, что основными минералами, выполняющими раковины аммонитов, являются кальцит и пирит. Арагонит перламутрового слоя внешней стенки раковины и перегородок камер сохранил свою минеральную форму. Другие минералы присутствуют в ограниченном количестве. Аммониты характеризуются большим количеством фаз микровключений, выделенных с помощью электронно-микроскопического изучения образцов, и присутствием бактерий, игравших важную роль в разрушении пирита и кальцита и образовании новых минеральных форм.

Ископаемый перламутр состоит из слоёв кальцита и тонких прослоев арагонита, содержит включения гематита, доломита, шабазита и органического вещества. Для арагонитовых прослоев характерно сложное микроблочно-слоистое строение. Иризация аммолита определяется размером и степенью структурной упорядоченности отдельных монокристальных микроблоков арагонита.

Наряду с аммонитами Ульяновской области для изготовления кабошонов широко используются кальцитовые прожилки септарий, имеющие общую торговую марку «симбирцит». Для септарий характерно разнообразие цветовых оттенков и текстур. Внешними отличиями кабошонов, изготовленных из септарий, являются отсутствие арагонитовых слоев перегородок и стенок раковин, незначительное содержание пирита, имеющего изометричную форму, в редких случаях, образующих тонкие прожилки. Электронно-микроскопическое изучение кальцита септарий показало в целом их однородное строение и небольшое количество фаз микропримесей. Прозрачность кальцита в аммонитах и септариях определяется преимущественно размером, формой и ориентированностью кристаллов, количеством пор, а цвет — содержанием Fe и Мл.

Обобщён опыт работы ювелиров и дизайнеров с ювелирно-поделочным сырьём из аммонитов. Проведена его классификация на текстурно-минералогической основе, позволяющая провести стандартизацию изделий. Экологическая экспертиза ювелирно-поделочного сырья не выявила превышения содержаний вредных примесей и радиационного фона.

Важным фактором является возможность сбора ювелирно-поделочного сырья в береговых обрывах и при отработке месторождений строительных материалов, что не требует вложений средств в специализированные поиски, разведку и отработку месторождений. Различные виды изделий из аммонитов и сопутствующего ювелирно-поделочного сырья Ульяновской и Рязанской областей характеризуются высокими декоративными показателями, позволяющими конкурировать им на мировом рынке.