Образование минералов при геологических процессах

11

Образование минералов при геологических процессах

Минеральные образования и состоящие из них массы горных пород, включая минеральные полезные ископаемые, являются продуктами развития Земли, т.е. таких геодинамических процессов, как магнетизм, вулканизм, горообразование, физическое и химическое разрушение пород под действием льда, воды и ветра. В ходе развития Земли многократно происходило преобразование всей ее верхней оболочки и как следствие переотложение многих минералов и минеральных масс на структурных этажах земной коры.

Магматизм

В земной коре образуются наиболее широко распространенные минералы. Они возникают в основном тремя путями: при магматических процессах, в качестве контактовых образований и в связи со складкообразованием (рис.1). При кристаллизации магмы - огненно-жидкого, обычно насыщенного газами силикатного расплава - формируются в соответствии с ее химическим составом различные изверженные породы, в том числе граниты, диориты, габбро и промежуточные типы пород, которые в виде геологических тел (плутонов, штоков, лакколитов, жил) прорывают земную кору.

Рис.1. Блок-диаграмма, иллюстрирующая круговорот веществ в земной коре (непрерывно и бесконечно протекающий в направлении слева направо) (по Г. Клоосу).

Процессы и области их развития:

I. Выветривание и денудация

II. Перенос (транспортировка) реками

III. Отложение и цементация продуктов выветривания (осадочные породы)

IV. Преобразование под воздействием горообразовательных процессов, складчатости и воздымания масс горных пород (динамометаморфизм или дислокационный метаморфизм)

V. Более интенсивное преобразование под влиянием повышенного давления и повышенной температуры (региональный метаморфизм)

VI. Повторное плавление горных пород (гранитизация)

A. Магматические породы

a. плутониты (глубинные породы)

б. вулканиты (излившиеся породы)

в. Осадки и осадочные породы (седиментационные породы)

1. Гравий и галька, конгломерат, щебень, брекчия

2. Песок, песчаник

3. Глина, сланцеватая глина, механические (или обломочные) отложения, обычно морского происхождения

4. Мергель (смесь известняка и глинистого сланца), смешанные хемогенные и механические осадки

5. Известняк и доломит

6. Соли, хемогенные (морские) отложения

C. Метаморфические породы (метаморфиты), образовавшиеся за счет осадочных пород.

Рис.2. Геологические этажи магматических месторождений (Strunz, 1966).

Процесс кристаллизации в недрах Земли начинается с раннего выделения минералов в еще жидком расплаве. При дальнейшем охлаждении протекает главный этап кристаллизации труднолетучих компонентов (SiO₂, TiO₂, A1₂O₃, FeO₂, Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O). Вслед за главной стадией кристаллизации наступает стадия позднемагматической кристаллизации под воздействием так называемых минерализаторов, или летучих компонентов, к которым относятся вода, соединения фтора, хлора, бора и др. Если расплав при своем подъеме теми или иными путями достигает поверхности Земли, то развиваются процессы вулканизма: магма, претерпев дегазацию, застывает в виде лавы. Минералы, образующиеся при вулканических процессах, менее многочисленны, чем минералы, возникающие при плутонических процессах и сопровождающих их явлениях позднемагматической кристаллизации. Наоборот, при субвулканических процессах как промежуточной стадии иногда появляются продукты разных стадий развития остаточной магматической кристаллизации (рис.2).

Особенно богаты минеральными видами продукты поздней, или остаточной, стадии кристаллизации. При дальнейшем охлаждении возникают минеральные и рудные месторождения в закономерной последовательности. Группы минералов (или минеральные ассоциации), связанные с определенной стадией кристаллизации, называются минеральными парагенезисами.

Они связаны общностью происхождения, и их образование зависит от физико-химических параметров (температуры и давления) магматических расплавов.

Установлено, что в области температур, характеризующих гидротермальное минералообразование, рудные и минеральные формации представлены преимущественно рудами и жилами, содержащими медь, и такими ассоциациями, как свинец - серебро - цинк, олово - серебро - вольфрам - висмут, сурьма - ртуть - мышьяк - селен. Минеральные парагенезисы - важнейшая основа поисков минералов.

Многие практические указания можно получить при изучении минеральных и рудных провинций с присущей им закономерной региональной зональностью.

Примером могут служить металлогенические провинции саксонских Рудных гор (рис.3) с их характерными минералами и рудными парагенезисами, возникшими на протяжении нескольких геологических периодов.

В Гарце вокруг гранитных массивов Броккен и Рамберг необычайно четко проявлена зональность минеральных и рудных выделений (рис.4).

Рис.15. Плутонические месторождения.

Греч, "ано" - аномальный; "апо" - более удаленный; "акр|о" - вершина; "батос" - глубина; "генезис" - происхождение; "гипо" - совсем внизу; "като" - вниз; "крипто" - скрытый; "литое" - камень; "мезо" - поблизости, возле; "пери" - вокруг; "теле" - далеко; "эм" - в; "эндос" - внутри; "эпи" - после, на, над. Лат. Вулкан - бог огня; "интра" - внутри; Плутон - повелитель подземного царства; "пневма" - дыхание; "суб" - под.

Рис.3. Металлогеническая карта Рудных гор (по К. Питцшу, с дополнениями Р. Юбельта).

Металлогенические провинции: 1 - оловянные и вольфрамовые месторождения; 2 - свинцово-цинково-серебряные месторождения; 3 - висмут-кобальт-никель-уран-серебряные месторождения; 4-силикатно-никелевые месторождения; 5 - серый гнейс; 6 - красный гнейс; 7 - гранит.

Рис.4. Рудная зональность вокруг гранитного плутона Рамберг, южнее Тале, Нижний Гарц (по А. Циссарцу, Л. Бауманну, К-Д. Вернеру).

1 - антимонит; 2 - сидерит; 3 - галенит - сфалерит; 4 - пирит - халькопирит - флюорит; 5 - флюорит; 6 - вольфрамит - пирит - кварц; 7 - арсенопирит - пирит - кварц; 8 - форланд Гарца; 9 - порфир; 10 - гранит; 11 - контактовый ореол; 12 - граувакки, глинистые сланцы.

Рис.5. Поперечный разрез главной жилы

(Штрасберг-Нёйдорфская система жил) в районе шахты Глазебах (Oelsner, Kraft, Schutzel, 1958).

В пределах зон минерализации различными путями формируются специфические минеральные образования и скопления минералов; они обнаруживают зависимость от условий температуры и давления внутри геологических объемов, где локализуются процессы минералообразования. С внедрением магматических масс связаны геологические движения, особенно тектонического характера, приводящие к образованию разрывов во вмещающих породах и в самих магматических телах. Возникающие трещины в дальнейшем заполняются пегматитовыми расплавами, пегматит-пневматолитовыми до гидротермальных растворами, находящимися под высоким давлением.

Трещины в течение того или иного геологического отрезка времени или в ходе истории развития Земли, охватывающей сотни миллионов лет, могли неоднократно приоткрываться. При каждом повторном приоткры-вании трещин в них вновь проникали минералообразую-щие растворы, большей частью отличающиеся от предшествовавших (рис.3, 19). Одной из задач минералогического изучения является упорядочение всего многообразия минералов по составу и времени образования. При этом особый интерес представляют разнообразие габитуса кристаллов, кристаллические сростки и особенности огранки минералов.

Результаты комплексного исследования минералов и установленные минералогические закономерности служат предпосылкой успешных поисков месторождений. Многочисленные минеральные парагенезисы группируются в серии, различающиеся по последовательности образования.

Некоторые минералы, например кварц и пирит, представляют собой так называемые сквозные минералы. Они начинают кристаллизоваться уже в пневматолитовую фазу и еще ранее и сопровождают минеральные выделения вплоть до гидротермальной серии. Для других минеральных фаз устанавливается различная интенсивность выделения в пределах разных температурных интервалов.

Рис. 19. Гидротермальное выполнение трещины.

1 - биотитовые гнейсы; 2 - столбчатый кварц; 3 - сфалерит (серебросодержащая цинковая обманка); 4 - арсенопирит; 5 - родохрозит (марганцовый шпат); 6-галенит (свинцовый блеск); 7 - халькопирит (медный колчедан); 8 - кальцит (известковый шпат).

Парагенезис серебросодержащей сфалерит-арсенопирит-халькопирит-галенит-родохрозитовой дайки в гнейсах Бранд близ Фрейберга в Рудных горах (по В. Маухеру).

Контактовый метаморфизм и контактовый метасоматоз