Лекция Пегматитовый процесс 4 страница

УСЛОВИЯ И СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ ПРИ ОСАДОЧНОМ ПРОЦЕССЕ

Осадочный процесс происходит, как правило, в открытых водоемах гидросферы. Он является в основном вторичным по отношению к процессам выветривания горных пород и образования кор выветривания. Осадочные образования в свою очередь могут подвергаться процессам регионального метаморфизма.

Часть продуктов выветривания горных пород и рудных жил захватывается поверхностными проточными водами. Нерастворимые и труднорастворимые частицы минералов переносятся механическим путем во взвешенном состоянии и затем отлагаются в виде механических осадков. При этом могут образоваться россыпи золота, платины, касситерита и других тяжелых, твердых и химически устойчивых минералов. Новых минералов в них почти не образуется.

Продукты выветривания, перешедшие в растворы, истинные и коллоидные, переносятся в растворенной форме и отлагаются в виде химических осадков в водных бассейнах. Из истинных растворов выпадают минералы — соли кальция, натрия, калия и магния, из коллоидных — минералы железа, марганца, меди и алюминия. При этом происходит осадочная дифференциация вещества: механическая (по величине, форме и плотности частиц) и химическая (по степени их растворимости).

Таким образом, минералы осадочных образований являются в основном вторичными переотложенными.

В формировании многих химических осадков большую роль играют живые организмы, поэтому среди химических осадков выделяют различные биохимические осадки (сера, гидроокислы железа, фосфориты и др.).

Осадочный процесс, или литогенез, характеризуется много-стадийностью. Его подразделяют на три этапа — седиментогенез (образование осадков), диагенез и катагенез (их преобразования). В первых двух выделяются по три стадии (Н.М.Страхов). В седиментогенезе стадии: 1) мобилизации вещества и выноса его из коры выветривания; 2) переноса вещества (формы переноса основных компонентов осадков показаны на рис. 60); 3) осадкообразования. На этапе диагенеза выделяют стадии: 1) окислительную (образование в верхних частях осадков окис­лов железа и марганца); 2) восстановительную (образование в их нижних частях карбонатов и силикатов железа и марганца); 3) внутреннего перераспределения химических элементов (при активном участии микроорганизмов).

Главными факторами минералообразования при осадочном процессе являются: состав и концентрация солей в растворе, температура, давление, концентрация водородных ионов (рН) (рис. 61), окислительно-восстановительный потенциал (ЕҺ), состав вмещающих пород и донных отложений, климатические условия, а также биогенные факторы и др. Большую роль играет характер самих растворов: истинные они или коллоидные.

Минералообразование из истинных растворов происходит главным образом в приморских лагунах или в озерах бессточных местностей в условиях жаркого и сухого (аридного) климата, когда в них создается ненормально высокая концентрация солей. Нормальный состав (в %) морской воды (сухой остаток 35 г на 1 л): хлоридов — 88,86 (из них 77,7 хлористого натрия), сульфатов—10,80, карбонатов — 0,34. В речной воде {сухой остаток — несколько граммов на 1 л): хлоридов 6,9; сульфатов 13,2; карбонатов 79,9 %. Таким образом, в морской воде C1>S0₄>C0₃ и Na>Mg>Ca, а в речной — наоборот.

Морская вода — рассол, она взаимодействует с речной водой, что приводит к отложению осадков за счет растворенных в водах ионов.

Образование осадков из насыщенных растворов соляных бассейнов подчиняется физико-химическим законам равновесия, установленным Я.Г. Вант-Гоффом и Н. С. Курнаковым.

Минералы выпадают из растворов в определенной последовательности, зависящей от вышеперечисленных факторов минералообразования. В общем случае порядок выделения определяется составом солей и степенью их растворимости: сначала выпадают труднорастворимые соли, но вместе с этим большую роль играют относительные количества солей в растворе и влияние их друга на друга. В результате раньше выпадают более легко растворимые соли. Возможность кристаллизации соли, устойчивость равновесия между отдельными растворенными солями, а также относительное количество выделяющейся соли зависят от температурного режима раствора. Обычный порядок выпадения минералов-солей из растворов (рис. 62): карбонаты кальция и магния — сульфаты кальция (гипс и ангидрит) и хлористый натрий (галит) * — сульфаты и хлориды калия и магния (полигалит, каинит первичный, кизерит, эпсомит, сильвин и карналлит, каинит вторичный, бишофит). * Указано начало выделения галита. В дальнейшем до конца процесса выпадения солей из раствора он кристаллизуется в виде прослоев.

Приведенная последовательность выделения идеализированная и в конкретных условиях отдельных месторождений может изменяться, в зависимости от различных факторов отдельные зоны могут отсутствовать.

С течением времени отложившиеся минералы могут перекристаллизоваться, между минералами отдельных зон могут идти химические реакции. Например, при взаимодействии сульфатных растворов с карналлитом образуется вторичный каинит.

Главный способ образования минералов — кристаллизация из пересыщенных растворов.

Большую роль в природе играет минералообразование из коллоидных растворов. В проточных водах окисные соединения железа и марганца переносятся в коллоидной форме в виде золей, коагуляции которых препятствуют гумусовые соединения к золь кремнезема. В морских бассейнах золи взаимодействуют с растворенными солями — электролитами — и коагулируют. Выпавшие гели дегидратизируются, перекристаллизовываются и образуют скопления минералов железа и марганца. При образовании минералов из коллоидных растворов на первый план выступают такие факторы, как концентрация водородных ионов, и окислительно-восстановительный потенциал.

Биохимические, или биогенные, процессы происходят в биосфере в тесной связи с химическим осадочным процессом, поэтому очень трудно разграничить типичные неорганические минералы и продукты биогенных реакций. В ряде случаев биогенный процесс проявляется после отложения химического осадка,, например, гидрогелей железа. Последующие перекристаллизация и прочие изменения минералов иногда полностью маскируют деятельность микроорганизмов. Например, на начальной стадии образования серного месторождения сера могла быть отложена в виде мельчайших капелек серобактериями. Позднее происходила раскристаллизация аморфной серы, замаскировавшая первоначальный биогенный процесс.

Таким образом, в результате биогенного процесса — процесса минералообразования с участием животных и растительных организмов — отлагаются биолиты (биохимические образования) двух типов: биолиты, образующиеся непосредственно в результате жизнедеятельности организмов, и биолиты, являющиеся продуктами разложения отмерших животных и растительных организмов. В результате биохимического процесса могут образоваться промышленные месторождения каустобио-литов, органических карбонатных и кремнистых пород, серы, фосфоритов и других полезных ископаемых.

Лекция 11 ГЕНЕЗИС И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ МИНЕРАЛОВ В РЕГИОНАЛЬНО-МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЯХ

Региональным метаморфизмом называют метаморфизм эндогенных и экзогенных образований, происходящий на больших площадях и на значительных глубинах земной коры в условиях повышенных температуры и давления и при участии поровых растворов. В результате него образуются разнообразные регионально-метаморфические (метаморфогенные) горные породы и месторождения таких полезных ископаемых, как железные и марганцевые руды, высокоглиноземное сырье (минералы состава Al₂SiOs), абразивы (гранаты, наждаки), графит, мрамор, яшмы и т. д. С ним связано появление альпийских жил.

В изучение регионально-метаморфических образований большой вклад внесли ученые в СССР — Н. А. Елисеев, Д. С. Коржинский, В. С. Соболев и др., за рубежом — В. Гольдшмидт, У. Грубенман, П. Ниггли, А. Харкер и др.

УСЛОВИЯ И СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ ПРИ РЕГИОНАЛЬНОМ МЕТАМОРФИЗМЕ

Региональный метаморфизм развивается на больших глубинах земной коры под влиянием магматических масс, в обстановке повышающихся температуры и давления, при усиливающемся воздействии различных минерализаторов, главным образом воды и углекислоты. Связь регионального метаморфизма с другими процессами простая — он накладывается на породы эндогенного и экзогенного происхождения. При так называемом ультраметаморфизме может происходить выборочное или полное распределение метаморфизующихся пород с образованием магматического расплава.

Главными факторами минералообразования при региональном метаморфизме являются температура, давление, состав и концентрации компонентов в циркулирующих растворах, а также состав метаморфизуемых пород и руд [9].

Температура обусловлена привносом тепла от находящихся на глубине магматических масс, а также геотермическим градиентом (в среднем 3 °С на 100 м глубины) и теплотой радиоактивного распада. Для регионального метаморфизма в настоящее время указывают диапазон температур от 450—500° (по пределу устойчивости каолина) до 900—950° (по парагенезису пироксена и граната).

Давление вызывается нагрузкой вышележащих пород (гидростатическое или литостатическое давление, увеличивающееся на 27,5 МПа при углублении на 1 км), складкообразованием (динамическое боковое давление, или стресс), а также газовыми растворами. Оно изменяется в пределах от 200 до 700 МПа и выше (В. С. Соболев). Температура и давление не являются взаимосвязанными факторами. Первая определяется близостью к магматическому очагу, второе — глубиной.

Состав и концентрация компонентов в растворах зависят прежде всего от состава магматических масс, «пропаривающих» породы. В последних всегда имеются вода разного происхождения и углекислота, могут появляться НҒ, В(ОН)з, H₂S и другие минерализаторы. Особенно велика роль воды, которая понижает температуру минералообразования и ускоряет его ход, увеличивает кристаллизационную способность минералов, может растворять минералы и обеспечить их избирательный вынос и переотложение. Парциальное давление углекислоты играет большую роль при метаморфизме карбонатсодержащих пород. Режим воды зависит от температуры, а углекислоты — от глубины, т. е. давления. С глубиной возрастает разложение содержащих углерод карбонатный минералов, растет его парциальное давление и карбонаты постепенно вытесняются силикатами.

Большое значение имеет минеральный состав метаморфизуемых пород и руд. Например, на низшей ступени метаморфизма песчано-глинистые породы превращаются в хлорит-серицитовые сланцы с типоморфными гранатом, андалузитом и хлоритоидом, а магматические породы основного и среднего состава — в зеленые сланцы с типоморфными альбитом, эпидотом, хлоритом и актинолитом.

Сущность регионального метаморфизма заключается в том, что агрегаты минералов эндогенного и экзогенного происхождения, оказавшись в глубинах земной коры в необычной для них физико-химической обстановке, становятся неустойчивыми. Под действием указанных выше факторов метаморфизма происходит преобразование их в агрегаты других устойчивых в новых условиях минералов. При этом гидроокислы переходят в окислы, фосфориты — в апатит, бокситы — в корунд, органическое веществе — в графит, появляются минералы с большей плотностью и т. д.

Обычно прогрессивный (т. е. вызванный повышением температуры и давления) региональный метаморфизм проходит в две стадии. На первой стадии происходит медленная перекристаллизация (без изменения химического состава) мелкозернистых минеральных агрегатов в крупнозернистые при наличии поровых растворов (с Н₂0 и С0₂). При этом последние находятся в химическом равновесии с изменяющимися породами, которые сохраняют твердое состояние. На второй стадии при появлении гидротермальных растворов с различными химическими компонентами перекристаллизация сопровождается метасоматическим образованием новых минералов и изменением химического состава пород. При наиболее интенсивном и длительном проявлении он переходит в ультраметаморфизм, при котором исходные породы могут испытывать частичное выборочное переплавление (анатексис), а затем и полное расплавление (палингенез).

Совокупность процессов глубинной метаморфической переработки пород может вызвать гранитизацию, которая приводит к образованию пород типа гранитов. При этом главную роль играют восходящие газовые и водные растворы (флюиды), привносящие щелочи и кремнезем, вызывающие перекристаллизацию и метасоматоз.

Иногда высокометаморфизованные породы подвергаются регрессивному метаморфизму (диафторезу), идущему при понижениях температуры и давления. При этом они (например, силлиманитовые гнейсы) превращаются в среднеметаморфизованные породы (слюдяные сланцы).

Главными способами образования минералов при региональном метаморфизме являются перекристаллизация, или кристаллобластез (от греч. «бластейн» — расти), и метасоматоз.

В зависимости от физико-химических факторов выделяют три степени, или ступени, регионального метаморфизма: низшую (сравнительно умеренные температуры — 200—300°, преимущественно боковое давление), среднюю (средние температуры — 400—500°, давление как боковое, так и литостатическое) и высшую (высокие температуры — до 500— 600°, преимущественно литостатическое давление).

Рис. 65. Схема метаморфических фаций (по Дж. Розенквисту)

Указанным ступеням регионального метаморфизма соответствуют определенные фации метаморфизма, т. е. ассоциации метаморфических пород, претерпевшие метаморфизм в одинаковых физико-химических условиях (рис. 65). Выделяют фации (например, для метаморфизованных песчано-гли-нистых пород): 1) зеленых сланцев (хлорит-серицитовые сланцы с типоморфными гранатом, хлоритоидом и андалузитом); 2) амфиболитовую (слюдяные сланцы с типоморфными гранатом, ставролитом и кианитом); 3) гранулитовую (парагнейсы с типоморфными гранатом, гиперстеном, кордиеритом и силлиманитом). Кроме них выделяются менее распространенные фации — цеолитовая, глаукофановая и эклогитовая.

В результате регионального метаморфизма среди метаморфических пород образуются метаморфогенные месторождения полезных ископаемых. Их принято подразделять на два типа: метаморфизованные и метаморфические. Первые формировались одновременно с вмещающими породами за счет уже существовавших месторождений, например осадочных железных и марганцевых руд. К собственно метаморфическим месторождениям, возникшим вновь при метаморфизме в связи с перегруппировкой минерального вещества исходных пород, относятся месторождения высокоглиноземного сырья, наждака, гранатов, графита, мраморов и яшм и др. С гидротермальным метаморфизмом ультраосновных пород связаны месторождения асбестов и талька.

Дата добавления: 2014-12-10