Физико-химические свойства минералов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Совокупность минералов, образовавшихся при сходных физико-химических условиях в одну и ту же стадию процесса, назовем парагенезисом, а все множество минералов, образовавшихся в месторождении, -- его минеральной ассоциацией.

МАГМА

Магма по своей физико-химической сущности является не простым расплавом (каковы, например, вода по отношению ко льду, расплавленный сахар по отношению к кристаллическому сахару; в них состав жидкости полностью отвечает составу кристалла). Магма -- это особый раствор, вернее раствор-расплав. Гранитная магма по составу не точно тождественна гранитам, магма, из которой кристаллизуются минералы габбро, имеет несколько иной, чем у габбро, состав и т.д.

Магматический расплав -- это силикатный (а потому вязкий и существующий только при высоких температурах) раствор, в нем в растворителе существуют подобно водным растворам анионы и катионы, простые и комплексные, а также анионные. В магме имеются, например, такие комплексные анионы, как

(Si₂0₇)^6- n(SiO₃)^2n- (Si₆O₁₈)^12- n(Si₄O₁₁)^6n-(MgO₆)^10- (CaO₆)^10- (AlO₄)^5- (SiO₄)^4-

Это как бы готовые остовы для кристаллизации, "сборки структур" силикатов.

Кроме них, в магме имеются Н, S, CI, F, С, а также Na, К и др. Путем кристаллизации из магмы образуются главные породообразующие минералы магматических горных пород и некоторые руды в них (хромовые, железные, титановые и др.).

К магматическим минеральным месторождениям относятся прежде всего сами магматические горные породы как естественные, закономерно образовавшиеся скопления минералов.

При остывании магмы минералы выделяются из нее в последовательности, определяемой физико-химическими законами кристаллизации многофазных расплавов сложного состава. Их кристаллизация в глубинных условиях происходит при температурах около 1300 -- 700°С, а излившихся лав-- при 1200 --1000°С. Состав образующейся горной породы зависит от исходного химического состава магмы, в первую очередь от содержания в ней SiO2, но в целом при магматическом минералообразовании возникает сравнительно небольшое число главных минералов, что определяется некоторым однообразием состава магм--это около десяти силикатов (оливин, пироксен, роговая обманка, мусковит, биотит, микроклин, ортоклаз, плагиоклазы, нефелин и др.) и кварц.

- Кристаллы минералов, образующихся первыми, растут в магме в свободных условиях и часто обладают поэтому совершенной огранкой.

- По мере раскристаллизации магмы остается все меньше возможностей для свободного роста кристаллов. Более поздние минералы выделяются из нее в виде полуограненных и неправильных зерен, заполняющих промежутки между более ранними минералами.

Кристаллы силикатов имеют плотность, близкую к плотности расплава, он к тому же вязкий, поэтому кристаллы находятся во взвешенном состоянии, а если оседают, то очень медленно. При росте в текущей магме они ориентируются в струях течения, подчиняясь обычным законам механики движущейся жидкости, это ориентированное расположение кристаллов бывает хорошо заметным (текстуры течения в интрузивных породах).

Однако в некоторых магмах на ранних стадиях их кристаллизации выпадают такие высокоплотные минералы, как оксиды хрома и железа (хромит и др.), самородные платиноиды и т.п. Под действием силы тяжести они могут оседать и накапливаться в придонных частях магматических очагов, образуя здесь рудные залежи -- их называют гравитационными скоплениями руд.

Так постепенно формируется главный объем горной породы, а в ходе ее образования в остающихся порциях еще не застывшей магмы, как говорят, в остаточных расплавах, могут постепенно значительно возрасти концентрации некоторых летучих (Н2О, СО2, F₂, Сl₂ и др.) и некоторых малых компонентов:

Cr, Fe, Ti, Ni--в магмах ультраосновного и основного составов;

Nb, Та, Sn-- в магмах кислого состава;

Zr, Р, Тr--в щелочных магмах.

За их счет образуются позднемагматические руды разного минерального состава. Вокруг них окружающие (вмещающие их) минералы обычно сильно изменены, замещены различными продуктами из-за воздействия на них химически активных летучих компонентов остаточного расплава.

Итак, в процессе кристаллизации магм можно выделить раннемагматический, главный и позднемагматический этапы, каждый из которых характеризуется своими особенностями образования минералов и их ассоциациями.

1) В ранний этап могут формироваться хромовые, платиновые руды в ультраосновных горных породах.

2) В главный этап образуются сами горные породы,

3) В позднемагматический этап

a) образуются разные руды -- хромовые, титановые, танталовые, оловянные и др.

б) медно-никелевые руды в платформенных массивах оливинитов, перидотитов и габбро, эти руды формируются здесь в результате особого процесса--ликвации магмы.

4) Необходимо указать на еще один процесс, иногда широко проявляющийся в магматических горных породах, а именно--на интенсивное их преобразование под действием межзеренных водных растворов--последних конденсатов застывающего расплава. Эти процессы особенно часто проявлены в ультраосновных горных породах, они выражаются в замещении собственно магматического минерала оливина (силиката магния) серпентином и тальком (гидросиликатами магния). В сущности, происходит метасоматический процесс изменения остаточными гидротермальными растворами ранних минералов--эти явления называются автометасоматическими, "авто" отражает тот факт, что растворы родились в ходе формирования самой горной породы, подвергающейся метасоматозу.

К ликвационным относят медно-никелевые месторождения сульфидных руд в ультраосновных -- основных интрузивных массивах на древних щитах и платформах. Сульфиды представлены здесь халькопиритом, пирротином, пентландитом и другими минералами. Они образуют сплошные массы -- жилки, гнезда, неправильные вкрапления размером до 2-3 см, рассеянные в перидотитах, габбро и других горных породах этих интрузий.

Как полагают, механизм образования этих руд очень сложен, а условия их появления довольно экзотичны. Они образуются из ультраосновных--основных магм, не только обогащенных медью, никелем, платиной, что в общем-то свойственно в той или иной степени таким магмам, но содержат в своем составе серу в количестве до 1-3%. Ее источник не всегда ясен, возможно, это окружающие интрузию осадочные горные породы с гипсом и ангидритом. Такой обогащенный серой магматический расплав при остывании, по всей видимости, распадается (ликвирует) на две части -- силикатный расплав с эмульсионными каплями медно-никель-сульфидного расплава.

При дальнейшем остывании интрузии сначала раскристаллизовывается силикатный расплав с образованием оливинитов, перидотитов, габбро.

Затем застывает сульфидный расплав, и в этих горных породах образуется рудная вкрапленность -- так объясняют присутствие рассеянных в породе округлых скоплений сульфидов (пирита, халькопирита, пирротина) диаметром от долей миллиметра до 5-10 мм.

В неспокойных тектонических условиях капельки сульфидного расплава отжимаются в трещины -- так объясняют образование рудных гнезд, линз, жилок.

Реакционный ряд Боуэна

2 ряда: мафические - оливин пироксен амфибол биотит и салические - шпаты (от кальциевых плагиоклазов до кальцинариевых и до натриевых)

В мафическом ряду: первые магнезиальные высокотемпературные (1500 град-оливины: форстерит сначала, затем фаялит) вторые-цепочечные (ромбические пироксены(MgFe), затем моноклинные(+Ca))

Таким образом: повышенный расход Mg Fe Ca(пироксены/анортит),остаются большие концентрации не израсходованного Al, Si, Na, K, H2O. Поэтому образуются более низкотемпературные водосодержащие Ca, Fe-Mg ленточные силикаты (рог обманки). Остается много K. Образуются слоистые Fe-Mg, K алюмосиликаты (биотит). Затем светлые безжелезистые и безмагниевые слюды(мусковит) и в салическом ряду KNa-шпаты. Последний - кварц(800-700 гр).

Название реакционный из-за реакционного взаимодействия между ними: оливин частично замещается пироксеном, пироксен - частично амфиболом, амфибол-биотитом, биотит-мусковитом. На протяжении всего процесса происходит прогрессивное увеличение (Na+K)/Ca, Fe²⁺/Mg, (Na+K)/Fe²⁺

КАРБОНАТИТЫ

Карбонатиты приурочены к массивам щелочных ультраосновных горных пород на щитах. В них они образуют штоки диаметром до 300-500 м, а также дайки и жилы. Карбонатит--это зернистая существенно кальцитовая или доломитовая горная порода с оливином, пироксеном, магнетитом, апатитом в качестве второстепенных минералов. Карбонатиты формируются в условиях резкой недосыщенности среды алюминием.

ПЕГМАТИТЫ(900, 6-8)

Пегматитами обычно называют жилы крупно- или гигантозернистого строения, сложенные теми же минералами, что и горные породы, с которыми пегматиты связаны по своему происхождению.

В природе наиболее распространены гранитные пегматиты, они состоят из полевых шпатов (микроклина, ортоклаза, плагиоклазов), кварца, в качестве второстепенного минерала обычны слюды (мусковит и биотит), т.е. по валовому минеральному составу эти пегматиты соответствуют гранитам. Значительно менее распространены сиенит-пегматиты, нефелин-сиенитовые пегматиты, иолит-пегматиты, габбро-пегматиты.

Образование пегматитов тесно связано с магматическими процессами, но все они несут на себе явственные следы интенсивных постмагматических преобразований. Соотношение и роль этих процессов при образовании пегматитов трактуются по-разному.

Гранитные пегматиты встречаются среди гранитов и других горных пород в виде жил и линз размером от 0,5 до 20 м по мощности и от 10 до 300 м в длину.

В качестве самого простого определения можно было бы сказать, что пегматиты -- это жилы крупно- или гигантозернистых гранитов. Но это определение неполное, так как состав пегматитов более сложен, а в пределах жил встречаются средне- и мелкозернистые агрегаты минералов (рис. 81).

Главными минералами гранитных пегматитов являются полевые шпаты, слагающие от 50 до 70% объема пегматитовых жил, и кварц, на долю которого приходится от 20 до 40% объема жил. Обычными второстепенными минералами являются слюды (мусковит и биотит). Для промышленных целей важно, что в пегматитах встречаются минералы-концентраторы бора, фосфора, урана, редких земель, тория, лития, бериллия, цезия, тантала и других редких химических элементов.

Характерно, что в гранитных пегматитах микроклин, ортоклаз и кварц нередко образуют друг с другом особые срастания -- это пластинчатые, веретенообразные, клиновидные и изгибающиеся в ростки кварца в едином блоке микроклина. Внешне они иногда напоминают древние письмена, поэтому весь сросток называется графическим срастанием, или письменным гранитом, или еврейским (по форме "букв") камнем. По представлениям А. Е. Ферсмана, микроклин (ортоклаз) и кварц в таких срастаниях также образовались при их одновременной кристаллизации из магмы.

По физико-химическим диаграммам температура кристаллизации оценена в 990±20°С.

Пегматиты образуются на глубине, возможно, около 6-8 км.

Пегматиты, как отмечалось, являются разнозернистыми горными породами и в разных участках своих жил имеют разный состав.

Наиболее крупные выделения минералов характерны для внутренних зон блокового строения. Здесь кристаллы (блоки) полевых шпатов могут достигать размеров до 1, 5 х 3 м, в таких зонах обнаружены гигантские пластины слюды (мусковита) площадью до 2,5 м2, кристаллы берилла массой до 15 т, кристаллы сподумена более 12 м в длину.

Происхождение их спорно. По представлениям А.Е.Ферсмана, они являются продуктами кристаллизации остаточных порций застывающего гранитного расплава, отжатого из магматического очага в трещины в окружающих его горных породах. Этот расплав, как последняя часть кристаллизующейся магмы, относительно обогащен легколетучими (Н2О, HF, НС1, В20з, СО2 и др.) и другими компонентами (Li, Be, Та, Nb, Cs и др.). Его кристаллизация начинается при 900 -- 800°С. Главные минералы (полевые шпаты, кварц) образуются при температурах 800 -- 600°С в позднемагматический этап, после чего минералы кристаллизуются из газовых, газово-жидких и жидких растворов.

Иные представления предложены А. Н. Заварицким и развиты и дополнены В. Д. Никитиным и С.А.Руденко. Они основаны на очевидных фактах частого беспорядочного внутреннего строения пегматитовых жил, мощного проявления в них процессов перекристаллизации минералов, обычности образования одних минералов за счет резорбции, химического замещения других.

А.Е.Ферсман полагает, что эти явления не главные, они соответствуют позднему преобразованию пород магматического генезиса.

А согласно В. Д. Никитину, пегматиты образуются не за счет прямой магматической кристаллизации, а как раз за счет поздней перекристаллизации жил особого мелкозернистого гранита (аплита), мелкозернистых полевошпатовых жил, даек гранита и мощной их переработки под действием горячих водных растворов глубинного происхождения.

Наиболее важными являются керамические (и слюдяные) [разрабатываются для извлечения полевых шпатов (сырье для керамической промышленности) и мусковита)], топазо-берилловые [из них добывают пьезокварц и драгоценные камни] и альбит-сподуменовые пегматиты [из них извлекают руды редких металлов -- цезия, тантала и др.]

СКАРНЫ(3-7)

Скарновые месторождения, или скарны, образуются в зонах контакта гранитов с мраморами.

Они залегают:

· в виде полиминеральных реакционных контактовых кайм разной мощности (от 1 -- 2 см до сотен метров),

· в виде бесформенных залежей и жил, вблизи контакта в граните или в мраморе (рис. 84).

Скарны состоят из специфических минералов -- силикатов Ca, Mg, Al (гранатов, пироксенов, везувиана, эпидота, волластонита) и сложного алюмосиликата Na и Са (скаполита) (табл. 18).

Скарны являются метасоматическими породами. Они образуются на глубине около 3 -- 7 км под действием горячих гидротермальных растворов. Эти растворы поднимаются вдоль контакта из глубинных частей еще кристаллизующегося очага гранитной магмы.

Большой вклад в формирование представлений о генезисе скарнов сделали А. Н. Заварицкий, П. С.М.Курбатов, изучая скарновые месторождения Хакассии, показал, что в них минералы-силикаты образуются за счет вещества гранитов и известняков в ходе последовательных метасоматических реакций замещения одних минералов другими.

Д. С.Коржинский является создателем современной теории скарнообразования. Он назвал этот процесс биметасоматическим и показал, что реакции идут, прежде всего, за счет встречной диффузии вещества, извлекаемого растворами из гранитов и мраморов (две породы, два начала, отсюда--биметасоматоз). Кальций и магний берутся из мраморов, кремний, алюминий, натрий -- из гранитов, они и входят в состав собственно скарновых минералов.

Кроме того, Д.С.Коржинский; ввел понятие о контактово-инфильтрационных скарнах, они залегают в виде жил. Их образование Д. С.Коржинский объяснял так:

"Предположим, что контакт пород, например известняка и кварцита, пересечен трещиной, по которой поднимается поток послемагматических растворов... Если обе породы достаточно прогреты под воздействием магматического тела, то прошедшие через пласт кварцита растворы при вступлении в известняк начнут его замещать скарновыми минералами.

В этом замещении будут участвовать не только кремнезем и другие компоненты, заимствованные из нижележащего пласта кварцита, но и более подвижные компоненты, внесенные из магматического тела, например магний, железо и пр.".

Скарны часто имеют большое промышленное значение как вместилище руд железа, олова, свинца, цинка, меди, бериллия, минералов бора, слюды-флогопита и других полезных ископаемых. Метасоматический способ образования скарнов, сложность химических процессов и многостадийность этого явления обусловливают неправильную форму скарновых залежей и неравномерность их внутреннего строения.

В разных учебниках и научных работах их нередко относят к разным генетическим типам месторождений. И действительно, если судить по их геологической позиции -- это контактовые или метаморфогенные, по механизму разрастания--это метасоматические, а по природе растворов--гидротермальные месторождения

Отличие метасоматизма от метаморфизма

Метасомато в отличие от метаморфизма происходит при поступлении в породу чужеродных растворов контрастных по отношению к ее составу. Метаморфизм осуществляется при участии собственно флюидов породы отделившихся в реакции дегидратации и декарбонатизации. Метаморфизм гораздо более длительный процесс чем метасоматоз

АЛЬБИТИТЫ и ГРЕЙЗЕНЫ(600-500, 4-2)

Грейзен--старинное название, данное саксонскими рудокопами зернистой кварцево-слюдяной (мусковитовой) горной породе с касситеритом SnO2 Уже тогда было замечено, что эта порода образуется за счет разъедания, резорбции, метасоматического замещения гранитов вокруг оловорудных жил. Грейзенами,

- во-первых, сопровождаются наиболее высокотемпературные гидротермальные рудоносные жилы, залегающие среди гранитов

- во-вторых, грейзены могут залегать самостоятельно и занимать значительные площади (до 5 км2), иногда почти полностью замещая крупные участки гранитов.

Грейзены образуются за счет химических реакций между полевыми шпатами гранитов и просачивающимися через них рудоносными водными растворами. Упрощая, эти реакции можно охарактеризовать уравнениями следующего типа:

1) плагиоклаз + Н+ + К+ >мусковит + кварц + Ка⁺ + Са²⁺

2) микроклин + Н+ > мусковит + кварц + Na⁺ + К+

Образование грейзенов происходит при температуре около 600 -- 500°С. Химически процесс сложен, поэтому помимо главных минералов--мусковита, кварца, непрореагировавших остатков (реликтов) полевых шпатов--в грейзены входят и многие другие, в том числе рудные, минералы.

Часто для этих пород характерно кавернозное строение, стенки каверн нередко выстланы друзами кристаллов кварца и драгоценных камней -- топаза, берилла (еще фенакит). Практическое значение грейзенов велико.

Они являются важной рудой на вольфрам, молибден, висмут, а иногда--источником добычи камней-самоцветов (берилла, топаза, турмалина).

Альбититы и микроклиниты -- участки сплошной гидротермальной переработки гранитов, сиенитов, нефелиновых сиенитов - циркон, фенакит

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ(5-0)

Гидротермальные месторождения образуются при отложении минералов из существенно водных или углекисло-водных растворов.

Максимальные глубины формирования этих месторождений составляют 4,5 -- 5 км, минимальные---отвечают поверхностным условиям.

В среднем мощность гидротермальных жил колеблется от 0,1 -- 0,2 до 3 -- 4м, по простиранию они прослеживаются до 700 -- 800 м, в глубину --до 500 м. Жилы редко бывают одиночными, чаще всего они группируются в системы жил, сложные по характеру их взаимных пересечений.

I) Водные жидкие растворы образуются за счет эндогенных и экзогенных процессов, первые называют гидротермальными, вторые -- поверхностными (вадозными) растворами.

1) Гидротермальные (эндогенные) растворы (гидротермальные).

a. Имеется несколько источников Н2О в гидротермальных растворах.

i. Во-первых, это застывающие магматические очаги. При кристаллизации магмы от нее постепенно отделяются летучие вещества. Мигрируя во вмещающие породы, они конденсируются с образованием жидких минерализованных водных растворов.

ii. Во-вторых, Н2О и СО2 выделяются в глубинных зонах земной коры за счет реакций дегидратации и декарбонатизации глин, мергелей, кварцевых известняков и других осадочных горных пород при процессах их регионального метаморфизма.

iii. В-третьих, источником Н2О являются процессы дегазации мантии, выделение из нее углеводородов и их окисление при подъеме во все более верхние горизонты земной коры с образованием Н2О и СО2. Реакции идут с выделением тепла, сопровождаются разогревом флюидов и мощным прогревом окружающих горных пород.

iv. Еще один источник -- это поверхностные воды. Исследования показали, что они могут мигрировать вниз до глубин 500 м и более, постепенно разогреваясь и минерализуясь за счет извлечения веществ из горных пород на своем пути.

b. Источники веществ, растворенных в Н2О, также различны.

i. Часть растворенных компонентов выносится вместе с Н2О из магматических очагов,

ii. Из пород, подвергающихся процессам метаморфизма.

iii. Из дегазирующей мантии,

iv. Часть компонентов извлекается растворами из горных пород на путях миграции растворов.

Главной формой переноса веществ гидротермальными растворами являются комплексные ионы. Примеры минеральных месторождений, образовавшихся из гидротермальных растворов, многочисленны, назовем лишь промышленные руды разных сульфидов--пирита FeS₂, халькопирита CuFeS₂, галенита PbS.

2) Поверхностные(экзогенные) водные растворы

a. (Вадозные) Во-первых, грунтовые, карстовые, почвенные воды, из них кристаллизуются, например, карбонаты -- (кальцит и арагонит) в виде сталактитов и других образований в карстовых пещерах.

b. (Хемогенные - истинные растворы) Во-вторых, это озерные, морские, лагунные воды. Из них в процессе кристаллизации образуются, например, залежи каменной соли, гипса, карбонаты.

II) Газ (пневматолитовая система) (экзгаляционные и сублимационные) как среда кристаллизации в минералообразующих процессах относительно редок. Из вулканических газов кристаллизуются гематит Fe2O3, нашатырь NH4C1 и некоторые другие минералы.

Граничные значения давления и температуры, при которых идет природное минералообразование из газа, можно оценить по диаграммам фазовых равновесий Н2О, СО2 и их смесей. Например, на диаграмме для Н2О видно, что поле газа ничтожно мало.

III) Надкритические (флюидные) системы (гидротермальные 2). В природных (геологических) пределах значений температур и давлений Н2О является жидкостью или находится в надкритическом (флюидном) состоянии--это и не газ, и не жидкость.

Ориентировочные пределы гидротермальных, газовых (пневматолитовых) и надкритических (флюидных) систем показаны на специальной схеме, на которой изменение температуры с глубиной соответствует геотермобаре 35°С/км. Растворение разных веществ в Н2О, в принципе, не меняет диаграммы. На фазовых диаграммах состояний СО₂ поле газа намного меньше, чем у Н₂О, так как критические значения температур и давлений у СО₂ меньше, чем у Н₂О.

IV) Гетерогенные системы (газ --жидкость, сначала горячий раствор, затем испарение) (экзгаляционные) образуются в особых случаях. Наиболее очевидны причины их образования в областях современной вулканической деятельности при просачивании горячих водных растворов (термальных вод) по системам трещин вверх.

Достигая некоторого уровня по отношению к дневной поверхности, они переходят то пороговое значение давления, после которого за счет дальнейшего подъема раствора и падения внешнего давления начинается испарение самого раствора и выделение из него растворенных в воде газов--СО2 и др. Так же дегазируют воды минеральных источников.

V) Коллоидные растворы (Хемогенные2 - коллоидные осадки на дне седиментац бассейнов которые коагулируют с образованием гелей) являются средой для образования минералов в придонных илах и других осадках водных бассейнов и во время их син- и диагенеза.

Так возникают различные глинистые минералы, гидроксиды алюминия и железа, часто для них характерно оолитовое строение агрегатов.

Факты несомненного образования минералов за счет раскристаллизации коллоидов в горячих водных растворах отмечаются реже: таковы случаи выпадения гелей кремневого состава в термальных водах в областях современного вулканизма и факты их раскристаллизации с образованием опала.

Он установил, что при современных гидротермальных процессах в областях вулканической деятельности в виде гелей отлагаются аморфные массы, за счет раскристаллизации которых образуются некоторые минералы, например сульфиды, бокситы, латериты, опал

Морфология гидротермальных месторождений различна и зависит от характера трещиноватости и пористости горных пород:

Из-за трещиноватости

Минералы могут заполнять открытые трещины, образуя четко очерченные жилы разного состава и различного внутреннего строения. Их так и называют -- жилы заполнения (или секреционные жилы). Имеют резкие контакты с вмещающими толщами

Если гидротермальные растворы двигались по тончайшим трещинам, отложение минералов из них могло идти только за счет постепенной резорбции (разъедания), замещения окружающих горных масс. Такое замещение называется метасоматозом, а сами жилы -- метасоматическими. Обычно они не имеют резких границ и связаны постепенными переходами с вмещающими их горными породами, нередко их состав различен в разных породах. Постепенные переходы с вмещающими толщами. Тут и реликтов много.

Из-за пористости

Другая форма гидротермальных минеральных месторождений--это метасоматические залежи. Они возникают при просачивании растворов или диффузии вещества через породы и образуются за счет химических реакций между веществом горных пород и растворами. Морфология таких залежей сложная, размеры различные.

Наиболее крупные размеры имеют меднорудные гидротермальные метасоматические залежи--в среднем 100 х 500 х 300 м.

Минеральный состав гидротермальных месторождений очень разнообразен, так как слишком различны источники растворов, а значит, они могут иметь разный химический состав, характеризоваться разными концентрациями вещества в них, значениями рН и величинами их окислительно-восстановительного потенциала.

Условно и чисто ориентировочно гидротермальные рудные месторождения подразделяют на высоко-, средне- и низкотемпературные; Каждый из этих типов месторождений имеет свои особенности минерального состава и рудоносности. Они различаются также и по морфологии.

Для некоторых месторождений точно устанавливается генетическая связь с глубинными магматическими очагами (плутоногенные месторождения), для других -- с вулканическими (вулканогенные).

Некоторые месторождения, чаще всего низкотемпературные, расположены вдалеке от участков проявления магматизма, поэтому трудно точно установить, с какими магматическими очагами они генетически связаны.

ГИДРОТЕРМАЛЬНО-ОСАДОЧНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

К категории особых, усложненных явлений, происходящих в ходе диагенеза осадков, следует отнести формирование гидротермально-осадочных месторождений. Месторождения формируются синхронно с накоплением осадков и их диагенезом, но состав поровой влаги усложнен проникновением в осадки минерализованных (в том числе рудоносных) растворов.

Идут обычные для диагенеза физико-химические и биологические процессы, осадок уплотняется, перекристаллизовывается, в нем протекают реакции изменения одних и кристаллизации других минералов. В зависимости от состава гидротермальных растворов, пропитавших илы, образуются разные минеральные (в том числе промышленные) послойные (стратиформные) месторождения -- медные, полиметаллические, свинцово-цинковые, железорудные, железомарганцевые. Гидротермальные растворы могут иметь различное происхождение, связанное с вулканической деятельностью, интрузивными процессами, мантийными явлениями. По генетическим особенностям эти месторождения относятся, в равной мере условно, как к экзогенным, так и к эндогенным.

Особую известность получили сейчас так называемые "черные курильщики". Они представляют собой постройки в рифтовых зонах на дне океанов, сложенные баритом, ангидритом, кальцитом, пирротином и возвышающиеся над уровнем дна на 50-- 100 м. Из отверстия в их центре идет черный дым, а морская вода вокруг имеет рН около 4 и температуру до 300 -- 400°С и обогащена различными металлами и метаном. Природные осадки насыщаются этими металлами, и в ходе диагенетических преобразований в них формируется рудная минерализация.

ГИПЕРГЕННЫЕ ВАДОЗНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Вадозными назовем минеральные месторождения, возникшие из поверхностных (вадозных, метеорных) -- грунтовых, почвенных, карстовых вод.

Поверхностные водные растворы

c. Во-первых, грунтовые, карстовые, почвенные воды, из них кристаллизуются, например, карбонаты -- (кальцит и арагонит) в виде сталактитов и других образований в карстовых пещерах.

d. Во-вторых, это озерные, морские, лагунные воды. Из них в процессе кристаллизации образуются, например, залежи каменной соли, гипса, некоторых разновидностей известняков.

Вынос химических элементов метеорными (поверхностными) водами из горных пород и руд, среди которых находится и развивается пещера, и взаимодействие этих химических элементов с глинами, органическими остатками, продуктами жизнедеятельности летучих мышей, бактериями.

В пещерах известно большое число минералов, преимущественно это разные сульфаты, фосфаты, карбонаты, галогенные соединения. В некоторых пещерах Средней Азии были обнаружены промышленные залежи урановой минерализации. К вадозным месторождениям можно отнести, с некоторой долей условности, также гидроксиды железа

КРИОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Криогенными назовем минеральные месторождения, образовавшиеся при отрицательных температурах. Известны, например, случаи роста кристаллов сульфатов во льду в зоне вечной мерзлоты. Объясняют это тем, что в капиллярах температура замерзания может понижаться до --13,6°С (при диаметре капилляра 0,24 мм) и ниже. Вторичные ореолы переотложения минералов формируются сезонно-таловыми водами в многолетнемерзлых покровных образованиях. Чаще всего такие ореолы развиваются за счет сульфидных руд.

СУБЛИМАЦИОННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Сублимационным назовем образование минералов из газа и пара при нормальных давлении и температуре. Так образуются кристаллы льда на стенах пещер. Так же растут кристаллы галита на стенах сухих карстовых полостей в отложениях каменной соли и на стенах подземных горных выработок в соляных шахтах.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЗОН ВЫВЕТРИВАНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ

Выветриванием называют процесс изменения и разрушения минералов и горных пород на поверхности Земли под действием физических и биологических факторов.

Оно бывает наземным и подводным.

Наиболее мощно процессы поверхностного выветривания проходят при сочетании нескольких условий:

1. выровненность суши,

2. тектоническое спокойствие,

3. слабая эрозия;

Подводное выветривание достигает наибольшего развития

1. на подводных хребтах

2. при малой скорости осадконакопления (т.е. малой скорости захоронения осадков, способствующей длительному воздействию на них придонных вод).

В наземных условиях формируются коры выветривания, плащом покрывающие неизмененные породы и уходящие на разную глубину, иногда до 0,5 и даже до 1 км. Наиболее мощные коры выветривания образуются в условиях влажного теплого климата. Длительность их формирования большая, в отдельных случаях до 15 -- 20 млн. лет.

Коры выветривания бывают древними и современными. И в тех, и в других интенсивность преобразования первичных горных пород и минералов нарастает снизу, где они только начали изменяться, вверх, где на месте первоначальных пород формируются остаточные минеральные месторождения, в том числе промышленные, состоящие из продуктов полного или почти полного разложения первичного материала.

При процессах поверхностного выветривания

1. за счет полного изменения гранитов и других полевошпатовых горных пород, а также оливинитов образуются латеритные остаточные месторождения,

2. за счет некоторых ультраосновных пород - остаточные никелевые месторождения,

3. серпентинитов--магниевые месторождения,

4. за счет рудных месторождений образуются зоны окисленных руд.

При подводном выветривании (его называют гальмиролизом) накопилась главная масса глин.

ЛАТЕРИТНЫЙ ТИП ВЫВЕТРИВАНИЯ

выветривание минерал горный руда

Рассмотрим несколько подробнее строение и минеральный состав латеритных кор выветривания.

Латеритные коры образуются в условиях гумидного тропического или субтропического климата при выветривании в основном ультраосновных, основных, магматических горных пород. Происходит полное разложение всех первичных минералов, вынос щелочных, щелочноземельных металлов и кремнезема с накоплением в остаточных месторождениях оксидов и гидроксидов алюминия и железа

Собственно латеритами (краснозёмами) называют остаточные продукты, обогащенные оксидом железа -- гематитом Fe2О3, а продукты, обогащенные гидроксидами алюминия, называют бокситами.

Образование бокситов, например, за счет гранитов начинается с гидролиза полевых шпатов и выноса щелочей, сначала формируется зона каолинита Al2(Si20s)(0H)4 и других глинистых минералов, постепенно расширяющаяся вглубь. Процесс продолжается с образованием второй, более поверхностной зоны гидроксидов алюминия, возникающей за счет разложения каолинита и полного выноса грунтовыми водами кремнекислоты, еще выше постепенно формируется зона почв, часто это краснозёмы, обогащенных оксидом железа -- гематитом. Он образуется здесь за счет железа, высвобождающегося в нижних зонах. Существенно сказывается на процессах выветривания климат. Наиболее полное разложение гранитов происходит в условиях влажного и жаркого тропического климата с чередованием дождливых и засушливых сезонов.

В щелочных средах (тк в дальнейшем происходит вынос щелочей)

По особенностям химических явлений процесс выветривания обычно разбивают на этапы:

1) незначительное химическое разложение минералов в щелочных средах, преобладание процессов механического выветривания;

2) образование в щелочных условиях гидрослюд и других гидросиликатов;

3) химические реакции в щелочных и кислых средах с образованием минералов глин (каолинита, монтмориллонита и др.);

4) полный гидролиз силикатов (и вынос кремнезема) с образованием оксидов и гидроксидов. Характерной особенностью всех этих процессов (выветривания) является значительное участие в них не только истинных, но и коллоидных растворов; как свидетельство этого, для латеритов и, в частности, бокситов весьма обычно их оолитовое сложение.

Окисление -- это частное по отношению к выветриванию явление. Оно заключается в химическом преобразовании сульфидных и других руд и рудных минералов в зонах аэрации, действия грунтовых вод и биогенеза с образованием оксидов и других химических соединений за счет первичных минералов.

В приповерхностных условиях в средах, богатых водой и кислородом, например в местах просачивания над уровнем (зеркалом) грунтовых вод, большинство сульфидов легко окисляется. Здесь действуют три фактора окисления сульфидов -- кислород, электрохимические явления и бактерии.

Этим процессом можно объяснить процесс образования ковеллина и гидроксидов железа (лимонита) за счет окисления халькопирита. Но это только первое приближение к истине.

Электрохимические процессы обусловлены тем, что на контактах разных сульфидов в водной среде возникает ЭДС, каждая пара зерен превращается в микрогальванический элемент. Электрохимические явления окисления идут по всей рудной массе по стыкам контактирующих зерен разных сульфидов

Мощным фактором окисления руд являются также биохимические явления. Живая клетка выступает в роли окислителя, причем самые высокие значения ЭДС на сульфидных микрогальванических элементах (0,6-0,65 В) устанавливаются только при участии бактерий.

В результате совместного действия трех факторов над первичными рудами формируется зона (покров) окисленных руд. Её мощность (глубина) бывает разной--от долей до целых метров, а иногда и десятков метров, все зависит от местных условий (климата, рельефа, уровня подземных вод, характера трещиноватости руд и окружающих горных пород) и от состава и строения первичных руд.

Зоны окисленных руд, железные охры, медные выцветы и пр. используют при поисках первичных руд. Благодаря яркости, пестроте их окраски, они легко распознаются на местности, а по набору вторичных минералов можно предсказать состав первичных руд. Но главное -- под зоной окисленных руд нередко имеются участки повышенной концентрации металлов. Они приурочены к зоне вторичного сульфидного обогащения. (ZnS PbS, Cu) где образуются за счет переотложения сюда по трещинам вещества из двух верхних подзон (в одной из них произошло выщелачивание а другая окислена) и цементации здесь первичных сульфидов вторичными, т.е. новообразованными минералами В железной шляпе встречаются промышленные концентрации золота как остаток золотин, высвободившихся из сульфидов при их разложении.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СЕДИМЕНТОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Механические, или обломочные, горные породы как форма существования минералов образуются на дневной поверхности и в подводных условиях в результате следующих явлений:

· физического выветривания горных пород;

· перемещения по склону продуктов дезинтеграции и выветривания;

· переноса материала,

· его сортировки и отложения водным потоком рек;

· разноса и сортировки материала морскими волнами и прибрежными течениями;

· переработки и переноса материала ветром;

· действия ледников и флювиогляциоальных потоков.

Механическая дифференциация вещества - по форме обломков, из размеру, составу.

Форма обломков, их размер и минеральный состав накапливающегося материала зависят от

Ш характера (механических свойств, размера зернистости) исходных пород,

Ш механической прочности,

Ш плотности

Ш химической стойкости минералов, входящих в разрушающиеся горные породы.

Минералы с большой (более 3,5--4 г/см3) плотностью и одновременно с малой снашиваемостью и большой химической стойкостью переносятся движущимися водами и накапливаются в западинах дна и на участках пониженных скоростей течения. Здесь формируются песчанистые отложения с относительно высокими содержаниями плотных и прочных минералов--гранатов, циркона и др. Их называют россыпями. К ним приурочены промышленные месторождения самородных золота, серебра, платины, алмаза, оксида олова (касситерита), фосфата редких земель (монацита), диоксида железа и титана (ильменита). (не надо понимать так, что вся россыпь сложена этими минералами)

Гидрохимическая дифференциация вещества - За счет истинных растворов в условиях сухого климата, за счет коагуляции коллоидных растворов в морских бассейнах.

ХЕМОГЕННЫЕ ОСАДОЧНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ (Как подгруппа кор выветривания)

Среди хемогенных осадочных пород выделяют два типа минеральных месторождений -- образовавшиеся из истинных и коллоидных растворов.

Месторождения, возникшие за счет истинных растворов, формируются в условиях сухого климата пустынь и полупустынь в бассейнах повышенной и высокой солености в результате испарения воды. Так, испарение рассолов приводит к кристаллизации минеральных солей -- хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния, кальция.

Месторождения представляют собой слои минеральных солей, чередующиеся со слоями гипса, ангидрита, терригенно-карбонатных пород.

Площадь распространения соленосных толщ измеряется от десятков и сотен до многих тысяч квадратных километров, мощность бывает от нескольких метров до многих сотен ме-тров. Точно так же из истинных растворов выпадают осадки хемогенного доломита, родохрозита МпСОз, сидерита FеСОз, содовых минералов, селитр, боратов.

Коллоидно-химические осадки образуются за счет» коагуляции коллоидных растворов. Воды рек приносят в бассейны седиментации огромное количество веществ не только в виде истинных, но и в виде коллоидных растворов.

В виде мицелл переносятся мельчайшие частицы глинистых минералов, кремнезема, некоторых соединений железа, марганца, фосфора, органического вещества, причем на поверхности таких мицелл адсорбируются катионы многих редких и рассеянных элементов. Значительная часть коллоидов, выносимых реками, попадая в морскую воду, преобразуется за счет нейтрализации заряда мицелл, происходит свертывание и укрепление коллоидальных частиц, коллоидные растворы переходят из золей в гели и выпадают в виде студенистого придонного осадка. Как коллоидно-химические осадки образуются некоторые железные и марганцевые руды, бокситы и др. Часто для их облика характерно оолитовое сложение.

БИОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Биогенные минеральные месторождения формируются в верхних зонах земной коры за счет накопления и последующего преобразования органоминеральных агрегатов или за счет биохимических явлений.

Органоминералъные агрегаты создаются в живых организмах или возникают при их участии; в них все минеральные индивиды кристаллизуются как результат жизни клеток и разъединены органическим веществом.

Классическим примером таких агрегатов являются кости высших позвоночных. Они состоят из тончайших волокон, которые, в свою очередь, сложены цепочками вытянутых кристаллов гидроксилапатита, каждый длиной до 10 нм, разделенных белковыми (коллагеновыми и др.) волокнами. На долю гидроксилапатита приходится до 70% массы костной ткани, на белковые перегородки -- не менее 30%.

Другой классический пример -- перламутр и жемчуг в раковинах моллюсков, состоящие из слоев кристаллов арагонита и кальцита, разделенных органическим веществом конхиалином. В целом к таким органоминеральным агрегатам относятся

§ кости позвоночных и зубы животных (минеральная фаза -- это чаще всего апатит и другие фосфаты),

§ раковины моллюсков (арагонит, кальцит, апатит),

§ твердые ткани фораминифер, кораллов и других кишечнополостных, трилобитов и других членистоногих, иглокожих, некоторых водорослей (во всех главными минералами являются арагонит и кальцит),

§ кремневые (опаловые) скелеты и твердые ткани планктонных организмов,

§ ушные камни животных (минералы -- барит, гипс, арагонит, кальцит, флюорит и др.),

§ скорлупа яиц разных животных (кальцит -- главная минеральная фаза).

Всего же в составе древних и современных животных и растений обнаружено около 80 минералов и среди них даже такие обычные для эндогенных высокотемпературных месторождений, как, например, магнетит.

За счет органоминеральных агрегатов отмерших организмов образуются осадочные горные породы и минеральные месторождения органического происхождения -- органогенные известняки, фосфориты, кремневые породы (трепелы, опоки, радиоляриты).

В ходе диагенеза и последующих процессов первичные минералы исходных органоминеральных агрегатов обычно перекристаллизовываются и значительно видоизменяются, в породах появляются разные минеральные новообразования.

Биохимические явления приводят к образованию несколько иных минеральных месторождений. В ходе них формируются скопления фосфатов за счет химического взаимодействия помета птиц и летучих мышей с воздухом и подстилающими породами. К биохимическим явлениям относится участие бактерий в образовании некоторых минералов и их месторождений--самородной серы, оксидов и гидроксидов марганца, бурого железняка. Велика роль бактерий при окислении сульфидных руд и формировании на их месте новых минералов, при превращении каолиновых масс в бокситы.

ДИАГЕНЕТИЧЕСКОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ

Изменения, происходящие в осадке, называют диагенезом. Осадок состоит из обломочных частиц, химических и биогенных продуктов седиментогенеза, он насыщен влагой, которая во время осадконакопления по составу близка к наддонным водам.

Но по мере его накопления и существования физико-химическая и биологическая обстановка в природных осадках (илах) постепенно меняется. В осадках, содержащих органическое вещество, поселяются бактерии. В процессе жизнедеятельности бактерий, разложения органического вещества постепенно расходуется кислород, среда становится все более восстановительной, меняется рН иловых растворов, осадок подвергается изменениям, в нем происходят различные минеральные превращения.

Происходящие в осадке изменения являются процессами физико-химическими, химическими и биологическими. В стадии диагенеза происходят

· уплотнение осадка

· уменьшение его влажности,

· образование и старение коллоидов,

· образование новых минералов из иловых растворов,

· разложение одних минералов и возникновение других,

· перераспределение вещества в осадке -- его перемещение и концентрирование.

В стадию диагенеза за счет этих процессов образуются минералы (сульфиды железа, гидроксиды железа и марганца, халцедон и опал), гидросиликаты разного состава и структуры (главным образом, гидрослюды, глинистые минералы и цеолиты), некоторые карбонаты (арагонит, кальцит, доломит) и фосфаты.

Они кристаллизуются в виде мельчайших частиц и зерен в цементе осадка, а при его последующих изменениях перекристаллизовываются с образованием стяжений, желваков, оолитов и конкреций. С этими процессами связано формирование ряда промышленных месторождений марганца, железа, цеолитов, фосфатов, глин и др.

Продолжительность стадии диагенеза, мощность зоны и граница раздела явлений диагенеза и метаморфизма до сих пор служат предметами обсуждения. По результатам подводного бурения и на основе определения геологического возраста и мощности илов можно придти к выводу, что стадия диагенетического преобразования осадков может длиться до 150 млн. лет, а мощность зоны диагенеза достигать 1000 м.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ

Метаморфогенные месторождения образуются в процессе метаморфизма горных пород: известняки превращаются в мраморы, песчаники -- в кварциты, глинистые породы-- в кровельные сланцы, а при высокой степени метаморфизма--в залежи андалузита, кианита и силлиманита; на месте бокситовых отложений возникают наждаки (существенно корундовые мелкозернистые массы). Эти примеры хорошо показывают сущность явления: перекристаллизацию, уплотнение пород, их обезвоживание и декарбонатизацию.

Так, в процессах метаморфизма глин каолинит Al2(Si205)(0H)4 переходит с потерей части групп ОН в мусковит КА12(А1S13О10)(ОН)2, затем образуется кианит A12(SiO4)О -- безводный минерал.

При метаморфизме кварцсодержащих известняков происходит декарбонатизация пород по схеме СаСОз (кальцит) + SiO2 (кварц) = СаSiO3 (воластонит) + СO2.

Метаморфизм происходит:

- либо под действием тепла внедрившихся магм, такой метаморфизм называется контактовым,

- либо под действием температуры и литостатического давления, это региональный метаморфизм, - либо при глубинных тектонических дислокациях, это дислокационный(=катакластический) метаморфизм.

Типичным продуктом контактового метаморфизма являются роговики. Это плотные мелкозернистые породы (пироксеновые, гранатовые, слюдистые и др.), возникшие за счет прогрева и изменения глинистых сланцев и известняков.

Продуктов регионального метаморфизма значительно больше. Это разные зеленокаменные и кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы.

Условно выделяют несколько ступеней (фаций, зон) метаморфизма, каждой из которых отвечают свои ассоциации минералов.

Типичными для зеленосланцевой фации являются хлорит и эпидот -- водосодержащие силикаты явно зеленого цвета, отсюда и название сланцев--зеленые.

Для амфиболитовой фации характерно образование черной роговой обманки, плагиоклаза, граната (альмандина) и исчезновение хлорита,

Для гранулитовой -- типично появление диопсида и исчезновение роговой обманки. При дислокационном происходят те же преобразования, что и при региональном метаморфизме, но масштабы (площади) меньше, степень метаморфизма редко превышает амфиболитовую.

УДАРНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ

Вызванный падением крупных метеоритов. Носит взрывной характер. Характеризуется мгновенным взлетом давлений (до образования алмазов) и температур (до плавления пород). Его проявления обнаруживают по находкам тиллитов (шариков стекла) Реликты древних кратеров - астроблемы. Мощная земная атмосфера оберегает нас от падения мелких и средних метеоритов (они сгорают в ней). Следы падения крупных метеоритов ликвидируются путем эрозии.

Размещено на Allbest.ru