ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ
Процессы минералообразования • Под процессом минералообразования понимается способ и условия образования минералов в природе. • Среди них различают три генетические группы: • - эндогенные; • - экзогенные; • - метаморфогенные. • Деление основано на видах энергии, под действием которых происходят процессы минералообразования.
Эндогенные процессы • Дословный перевод - «изнутри рождённые» . • Эндогенные процессы минералообразования связаны с глубокими недрами Земли, где они протекают при сравнительно высоких температурах и давлениях. Источник энергии - процессы ядерного распада и синтеза в ядре Земли. Источником вещества эндогенных образований является магма. • Магма (греч. - тесто, паста) – расплавленная масса, состоящая из силикатных соединений металлов с подчиненным количеством летучих компонентов (СО 2, Н 2 O, NH 4, Н 2 S, CO и др). Главные компоненты: Si. O 2, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, O 2, H, S, Cl, F, B. • При застывании магмы образуются магматические горные породы с определенным набором минералов. Процесс кристаллизации магматического расплава зависит от вариаций двух основных факторов: • - условия кристаллизации (внешний фактор); • - химический состав магмы (внутренний фактор).
Условия кристаллизации (внешние условия) • • • Степень кристаллизации минералов зависит главным образом от условий кристаллизации, т. е. от глубины залегания магматического расплава, температуры и давления, а также от наличия минерализаторов. Процесс кристаллизации является очень сложным, но характер его определяется в основном двумя факторами: 1. количеством, образующихся центров кристаллизации; 2. скоростью роста кристаллов. Из этих факторов складывается кристаллизационная способность вещества. Температура Кристаллизация расплава возможна лишь при некотором его переохлаждении, т. к. в истинно равновесных условиях выделение теплоты при переходе вещества из жидкого состояния в твердое обуславливает расплавление ранее образовавшихся кристаллов, расположенных вблизи центра кристаллизации, тогда как при переохлаждении этой теплоты недостаточно для этого процесса. Давление Имеет двоякое влияние. Высокое внешнее давление само по себе препятствует росту кристаллов, т. к. повышает вязкость расплава, но в природных условиях давление благоприятствует кристаллизации, т. к. удерживает в магме минерализаторы, присутствие которых чрезвычайно сильно снижает вязкость магмы и благотворно влияет на процесс зарождения и роста кристаллов-минералов. Минерализаторы: CO, CO 2, H 2 O, NH 4 , H 2 S.
Химический состав магмы (внутренние условия) • • Химический состав магмы обуславливает степень её вязкости и таким образом влияет на скорость кристаллизации минералов. В вязких магмах рост кристаллов происходит медленно, т. к. диффузия вещества, необходимая для этого процесса затрудняется внутренним трением. Кислые магмы при прочих равных условиях являются более вязкими, чем основные. По А. С. Гинзбургу, главные оксиды, участвующие в образовании минералов можно расположить в следующий условный ряд по степени влияния на уменьшение вязкости: Fе. О, Mn. О, Мg. O, Са. O, Na 2 O, К 2 О (вязкость магмы увеличивается слева направо). Окислы, присутствие которых повышает вязкость – Cr 2 O 3, Al 2 O 3, Si. O 2, Ti. O 2. В зависимости от количества Si. O 2 с одной стороны и Fe. O, Mg. O, Ca. O – с другой устанавливает резкое разделение магм на вязкую кислую, в которой много Si. O 2 и легко подвижную – основную, богатую Fe. O, Mg. O, Ca. O и бедную Si. O 2. Большая вязкость кислой магмы, объясняется тем, что в ней кремнезём находится в виде сложных групп-трёхмерных каркасов, которые при кристаллизации превращаются в каркасные силикаты и алюмосиликаты (Q, ПШ, фельдшпатоиды), а в основной магме кремнезём находится в виде изолированных кремнекислордных тетраэдров, которые, затвердевая, дают островные силикаты (оливины). Естественно, что громоздкие каркасы легче цепляются друг за друга, чем изолированные тетраэдры и потому создается большое внутреннее трение, т. е. повышенную вязкость. По мнению большинства ученых существуют три основных типа магм: гранитная, базальтовая, перидотитовая, из них и их дифференциатов возникают все разновидности горных пород
Стадии минералообразования • • В следствии охлаждения магматического расплава выделяются три последовательно сменяющие друга стадии: - собственно магматическая, - пегматитовая, - пневматолитово-гидротермальная (постмагматическая). • I. Собственно-магматическая стадия • • По условиям залегания породы делятся на интрузивные (застывшие на глубине) и эффузивные (излившиеся на земную поверхность) – не полностью раскристаллизовавшиеся. Из магмы по мере её охлаждения первыми образуются отдельные кристаллы минералов. Принято считать, что температура кристаллизации лежит в пределах 700 -900° С (эффузивные ) в интрузивных условиях 1000 -1200° С. Последовательность кристаллизации магмы в основном определяется правилом Розенбуша: первыми выделяются рудные и темные минералы, далее кристаллизуются светлоокрашенные и заканчивается всё выделением кварца. Это правило было дополнено Боуэном, так называемой реакционной схемой, сущность которой заключается в том, что каждый выделившийся из расплава минерал стремится придти в равновесие с жидкой фазой. Для того чтобы сохранить это равновесие при падении температуры, раннее выделившиеся минералы вступают в реакцию с жидкой магмой, меняя при этом свой химический состав. Реакция может протекать либо в непрерывном варианте – ряд плагиоклазов, либо быть прерывистой – оливин - гиперстен - авгит - роговая обманка.
Химический состав магмы • Последовательность выделения минералов при кристаллизации магмы с образованием минеральных ассоциаций главных типов изверженных пород отвечает двум реакционным рядам: мафическому и фемическому Реакционный ряд Боуэна Т , ס С Мафический ряд (Fe, Mg, Ca) Фемический ряд Горные породы (Ca, K, Na) 1200 Оливин 1100 Ромб. пироксены 1000 Монокл. пироксены 900 Амфиболы Средние плагиоклазы. 800 Биотит Кислые плагиоклазы 700 Мусковит КПШ 600 Кварц Основные плагиоклазы. Ультраосновные Основные Средние Кислые Примечание: процесс кристаллизация совершается чаще всего из многокомпонентных магм
Главные процессы кристаллизации магматических расплавов • • • Кристаллизационная дифференциация Дифференциация магмы сводится к образованию твердой кристаллической фазы и выделению этой фазы из остаточного расплава или раствора. Важную роль при кристаллизации магмы играют и такие факторы, как изменение концентрации, присоединение новых химических соединений (ассимиляция) и потеря расплавом некоторых веществ (выделение летучих составных частей и др. ). Общий ход дифференциации магмы представлен в таком виде: Габбро-перидотитовая (у/основная и основная магмы) → Диоритовая магма (средняя) → Гранитная (кислая) → Водные растворы Таким образом, в процессе кристаллизационной дифференциации родоначальная магма распадается на отдельные магмы (по содержанию кремнезёма): у/основные, средние, кислые. У/основным – отвечают у/основные горные породы: перидотиты, дуниты, пироксениты, горнблендиты, пикриты, кимберлиты. Si. O 2 < 45%. Значительное содержание Ma. O, Fe. O, Ca. O. Основным – горные породы: габбро, диабазы, эссекситы, тералиты, анортозиты; щелочной ряд: ийолиты, уртиты, (Si. O 2 =50 -55 %). Средние – нормальный ряд: диориты, сианиты, андезиты, трахиты; щелочной ряд: нефелиновые сиениты, трахиты (Si. O 2 ≈ 60%). Кислые – граниты, гранодиориты, плагиограниты, кварцевые диориты, риолиты. (Si. O 2 =63 -65%). Значительное содержание К 2 О и Na 2 O.
• • • Ликвация – распад магмы при понижении температуры на две несмешивающиеся жидкости. В результате процесса ликвации получаются две несмешивающиеся части магматического расплава (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг) : 1) более тяжелые по составу компоненты – сульфиды (медно-никелевые) опускаются вниз под действием силы тяжести; 2) силикатная более лёгкая, занимает верхнюю часть магматического резервуара. В последнее время установлено, что ликвация происходит в расплавах, сильно обогащенных кремнеземом и в присутствии летучих компонентов. Признаки ликвации: Наличие сферолитовых и вариалитовых структур в породах, где округлые образования рассматриваются как капельки магмы, отделившиеся от основной массы в процессе ликвации. Несмесимость в жидком состоянии является эффективным средством разделения сульфидных и силикатных расплавов. Месторождения сульфидных Cu-Ni руд образуются путём ликвационного деления, когда капельки тяжёлого сульфидного расплава, выделившись из магмы , постепенно опускаются на дно магматической камеры. Необходимым условием осуществления процесса ликвации являются наличие отрицательных тектонических структур (синклиналей), гипабиссальные глубины и наличие подводящих каналов (региональные глубинные разломы). В наиболее явном виде процесс ликвации прослеживается в габроперидотитовой магме.
Ассимиляция • Ассимиляция-процесс расплавления и поглощения магматическим расплавом вмещающих горных пород. • В процессе ассимиляции возникают горные породы по химическому и минеральному составу резко отличающиеся от родоначальной магмы. Довольно часто с данными процессами связаны редкие виды полезных ископаемых. • Например: на контакте ультраосновных пород и кислой гранитной магмой возникают месторождения изумруда, в так называемых «слюдитах» . Берилий (Be) и алюминий (Al) берётся из гранитной магмы и хром (Cr) заимствуется из ультраосновных пород.
II. Пегматитовая стадия • Пегматиты – специфическая группа пород, образующая иньекционные жильные тела или шлиры, состав которых обычно близок к составу поздних дифференциатов магматических комплексов (по Гинзбургу). • Последовательность образования пегматитов: • 1. Из магмы выделяется остаточный силикатный расплав обогащённый газами (минерализаторами): H 2 O, CO 2, CO, HCl, HF, H 2 S, SO 2, N 2 , H 3 BO 3, H 3 PO 4, CH 4 • 2. Давление выдавливает расплав в оболочку материнской интрузии или в боковые породы по трещинам. • 3. Вязкость и t° кристаллизации (350 -900°С) в остаточном магматическом расплаве постепенно понижаются, в результате чего начинается процесс его раскристаллизации заканчивающийся образованием пематитов.
Особенности образования и расположения пегматитов: • 1. Пегматиты образуются в связи интрузивным магматизмом всех типов магм, но наиболее распространенны и чаще встречаются гранитные и щелочные пегматиты, т. к. их материнские магмы наиболее богаты летучими компонентами. • 2. Пегматиты расположены: • 1) в верхней части магматических массивов (апикальная часть ); • 2) в апофизах боковых вмещающих пород. • 3. Глубина образования – 1, 5 -2 до 20 км. (необходимым условием является превышение внешнего давления горных пород над внутренним давлением летучих компонентов). • 4. Т° кристализации - 350 -900°С, мощность их до десятков метров, протяженность до нескольких сотен метров и как исключение первые километры. • 5. В начале кристаллизация происходит без воздействия окружающей среды (закрытая система), в последствии при значительном участии метасоматических процессов (открытая система). • 6. В апикальных частях гранитных масивов очень много пустот, размерами от нескольких см 3 ( «занорыши) до 10 м 3 ( «миароллы» ):
7. Пегматитам присущи: 1) неоднородность строения с тенденцией проявления зональности; 2)Развитие графических структур минеральных агрегатов. 8. Лучше всего изучены гранитные пегматиты и их закономерности распространяются на все типы магм. • 9. Существуют две основные гипотезы образования пегматитов: • 1)А. Е. Ферсман – пегматиты это продукты конечной стадии кристаллизации остаточного магматического расплава. Ферсман разработал теорию пегматитов в середине ХХ века. • 2)Заварицкий - пегматиты - результат перекристаллизации материнских пород под влиянием остаточных газовых растворов. • Гипотеза Ферсмана подтвердилась результатами исследований последних лет: термолюминисценция кварца, типоморфизм ПШ и кварца из графических зон пегматита.
Этапы кристаллизации пегматитов • А. Е. Ферсман различает 5 этапов процесса кристаллизации пегматитовых тел, каждый из которых характеризуется наличием определенных парагенетических ассоциаций минералов: • а) магматический (Т° 800 -900°) – магматическая фаза завершения кристаллизации гранитной интрузии – образуется агрегат турмалина – «турмалиновое солнце» . • б) эпимагматический (Т° 600 -800°) – кристаллизация из остаточного расплава – образуются породы с зернами альмандина и магнетита; переход альфа-кварца в бетта-кварц, смена биотита мусковитом; пегматиты с графической структурой. • в) пневматолитовый (Т° 400 -600°) – кристаллизация из газовожидкого флюидного раствора – образуется Q- ПШ пегматит с блоковой структурой и пустотами (шерл, мусковит, топазы, берилл, альбит, минералы Li и др. редких металлов). • г) гидротермальный (Т~350 -400° до 0°) – кристаллизация из гидротермального раствора– образуются зелёные слюдки, флюорит, карбонаты, сульфиды, цеолиты. • д) гипергенный (Т° 50 -0°) в зоне кристаллизации образуются каолинит, кальцит, халцедон, и др. гипергенные минералы.
По минеральному составу пегматиты делятся: • Пегматиты чистой линии – петрохимический и минеральный состав материнской интрузии соответствует таковому у пегматитов. • Например: породообразующие минералы гранитных пегматитов – кварц, полевые шпаты, мусковит, биотит. • Пегматиты линии скрещивания – обмен химическими компонентами между вмещающими породами и пегматитовым расплавом в результате образуются «гибридные» пегматиты, минеральный состав, которых уже отличается от минерального состава «материнской» магмы. • Например: образование месторождений изумрудов на контакте ультраосновных пород и гранитной магмы. • По структуре и минералогическим особенностям Ферсман выделяет 4 типа пегматитов: • 1. Графический или равнозернистый ( «еврейский камень» ) • 2. Блоковый - крупные кристаллы ПШ и Q. • 3. Полудифференцированный – сплошной Q и редкоземельные минералы.
Скачать презентацию ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ Процессы минералообразования Под процессом
4-магмат.минералообраз., пегматиы.ppt