ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 4272
Скачиваний: 7
101
Березитовая
Pb, Zn, Au, Ag, U,
Mo, Bi, Sn, W, Be,
Co, As, Sb, Hg
Аргиллизитовая
Hg, Sb, Sn, Au, Ag,
As, U, Mo, Zr,
Pb, Zn, Cu
II. Гидротермально-метасоматические формации, связанные преиму-
щественно с ультраосновными и основными породами:
Серпентинитовая
Cr
, асбест
Уралитовая
Ni,Cu
, Pt, флогопит
Тальк-карбонатная
Ni,Cu
, Au, тальк, магнезит
Брусит-валлериитовая
Cu,
Ni, Co, Pt
Лиственитовая
Hg, Au, Cu, Zn, Pb
III. Гидротермально-метасоматические формации, связанные пре-
имущественно с ультраосновными щелочными породами:
Альбититовая
Zr, Hf, Nb, Ta, TR, Th,
U
Камафоритовая (апатит-
магнетитовая)
Fe, Ti, P, Zr, Ta, Nb
, Cu
Карбонатитовая
Nb, Ta, Zr
, TR
Карбонат-флюоритовая
флюорит
Оруднение часто накладывается на метасоматиты или развивается одно-
временно с ним. Поэтому многие авторы рассматривают рудообразование как
часть общего процесса метасоматоза («рудоносные метасоматиты»). По Г.Л. По-
спелову, гидротермальные месторождения возникают в застойных или полуза-
стойных условиях. Проблема источника рудных элементов является дискуссион-
ной.
Изучение элементов-примесей имеет важное практическое значение.
Например, более 95%
Cu
на земле добывается из халькопирита (
CuFeS
2
), в кото-
ром установлены повышенные содержания
Re, Zn, Se, Te, Ge, Au, Ni, Co, Ag, Cd,
Tl, As, Sb, Pt, Pd, Rh
и других элементов. Стоимость элементов-спутников в неко-
торых рудах в два-три раза превышает стоимость самой меди. В ряде случаев из
руд извлекается только медь.
В гидротермальных рудах известны самородные
Au, Ag, Bi, Te, Sn, Sb, As
,
присутствие которых не противоречит физико-химическим параметрам гидротер-
мальных систем. М.И. Новгородова обнаружила в золоторудных и иных место-
рождениях «экзотические» самородные металлы
Al, Zn, Cr, Cd, In, Co
, карбиды и
силициды металлов.
Формы миграции одного и того же элемента разнообразны в гидротермах
от простых до комплексных ионов. Они осаждаются, по А.И. Перельману, на сле-
дующих геохимических барьерах гидротермальных систем: окислительном, серо-
водородном, глеевом, щелочном, кислом и термодинамическом.
Формат:
Список
102
9.
ГЕОХИМИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Для зоны метаморфизма характерен комплекс процессов при повышенной
температуре и давлении с участием химически активных веществ, которые при-
водят к минеральным структурным преобразованиям горных пород.
В геохимическом отношении метаморфические породы изучены слабее,
чем магматические. Метаморфизм преобразовывает осадочные и магматические
породы под влиянием более высоких температур, давлений и активности жидких
растворов, чем на поверхности Земли (Н.Л. Добрецов).
Ассоциации новообразованных минералов в метаморфических условиях
образуют новые структуры, которые соответствуют изменившимся условиям. Та-
ким образом, метаморфизм приводит к частичной или полной перекристаллиза-
ции породы с образованием новых структур и новых минералов. Почти все соле-
вые отложения обнаруживают признаки частичной или полной перекристаллиза-
ции при погружении на глубину. Вода является основным веществом в действии
химически активных растворов при метаморфизме. Она может привносить и вы-
носить материал, растворять и переосаждать. Поэтому в зоне метаморфизма мо-
жет протекать метасоматоз. Действие воды усиливается в присутствии углекисло-
го газа, борной кислоты, фтористого и хлористого водорода, других веществ, ча-
сто магматического происхождения. Вопросы миграции химических элементов с
водой детально рассмотрены Д.С. Коржинским. В зависимости от динамики сре-
ды выделяется два типа метасоматоза в зоне метаморфизма: диффузный и ин-
фильтрационный.
При диффузном метасоматозе поровые растворы неподвижны в случае от-
сутствия перепадов давления. При этом ведущим фактором метаморфического
метасоматоза выступает концентрация растворенного вещества. Ионы мигрируют
через неподвижные поровые растворы в направлении понижения концентрации.
Фильтрационная миграция происходит в зонах дробления, рассланцевания,
по микротрещинам и зонам тектонических нарушений. Понятие о дифференци-
альной подвижности компонентов при метасоматозе ввел Д.С. Коржинский.
Наиболее подвижные элементы с большим ионным радиусом и относительно ма-
лым зарядом. Ряд снижения подвижности химических элементов следующий:
CO
2
→S→SO
3
→K→Na→F→Ca→O
2
→FeO→P→Ba→Mg→Si→Al→Fe
2
O
3
.
Однако подвижность элементов зависит от многих причин и меняется в
соответствии с конкретной обстановкой. Мигрирующие элементы перемещаются
на разные расстояния, что приводит к возникновению метасоматической зональ-
ности.
Скорость миграции химических элементов в твердом состоянии ничтожна
и протекает путем диффузии через кристаллические решетки минералов. Проис-
ходит перемешивание атомов, появляются дефекты в структуре минералов, могут
образовываться вторичные пленки замещения в зернах минералов без какого-либо
геохимического эффекта (Г. Рамберг, 1952).
С точки зрения термодинамики метаморфизм может быть представлен как
превращение одной минеральной ассоциации в другую с меньшей свободной
энергией:
A + B + C → L + M + N
103
Возрастание давления сдвигает равновесие в направлении уменьшения
объема системы, а температуры – способствует эндотермическим реакциям. В
общем виде метаморфизм приводит к превращению материала породы в мине-
ральную ассоциацию, обладающую в данных условиях наименьшей свободной
энергией.
Кинетика гетерогенных реакций разработана недостаточно. Энергия акти-
вации – важнейший фактор, определяющий скорость реакции, которая возрастает
при повышении температуры, что приводит к ослаблению связи между частица-
ми фазы, облегчает подвижность реагирующих частиц, снижает энергию актива-
ции и ускоряет реакцию. Вещества будут реагировать тем легче, чем мельче зерна
и чем лучше они перемешаны, т.е. мелкозернистые породы метаморфизируются
быстрее, чем грубозернистые. Изменение пород под действием повышающейся
температуры происходит быстрее, в отличие от понижающейся.
9.1.
Метаморфические процессы
За основу классификации метаморфических систем следует принимать со-
стояние системы, а не ее генезис, т.к. многие метаморфические системы полиге-
нетические (А.И. Перельман, 1989).
В ходе метаморфизма может протекать метасоматоз при замещении одних
минералов другими, а при частичном плавлении исходной породы –
ультраме-
таморфизм
. В докембрии известны переходные образования при переходе к маг-
мообразованию –
мигматиты
(сложная горная порода образовавшаяся из неод-
нородной смеси магмы и твердой породы).
Метаморфизм подразделяется на
эндогенный
, связанный с недрами Земли,
и
космогенный
, возникающий при ударе метеоритов о земную поверхность с об-
разованием метеоритных кратеров –
астроблем
.
Космогенный (ударный) метаморфизм приводит к образованию особых
пород –
импактитов
, которые испытали температуру в тысячи градусов и высо-
кое давление. Они могут содержать сверхплотные минералы – алмаз, стишовит,
рингвудит и др.
В недрах Земли в зависимости от значения температуры, давления, кон-
центрации ряда веществ в горных породах выделяют следующие виды метамор-
физма: региональный, контактный, дислокационный (динамометаморфизм), изо-
химический, аллохимический, прогрессивный, регрессивный, диафторез.
Региональный метаморфизм
– погружение на глубину и изменение мине-
рального состава и структуры исходной породы. Верхний предел температуры
достигает 700 – 1000ºС, давление – десятков тысяч атмосфер (десятков килобар).
Общие тенденции минералообразования:
образование плотных минералов;
уменьшение роли воды и
CO
2
в минералах с ростом температуры.
По степени интенсивности весь процесс метаморфизма может быть разде-
лен на области с характерными давлением и температурой, которым будут соот-
ветствовать определенные минеральные ассоциации. Этим стадиям с их харак-
терными минеральными ассоциациями отвечают
фации метаморфизма
. Более
Формат:
Список
104
грубо их делят на фации
низкой, средней
и
высокой
ступени метаморфизма. Их
называют по характерным минералам, либо по облику пород.
При развитии регионального метаморфизма выделяют
прогрессивный ме-
таморфизм
(с повышенными температурой и давлением) и
регрессивный
(с по-
ниженными температурой и давлением). Если регрессивный метаморфизм ото-
рван во времени от предыдущего этапа, его называют
диафторезом
. Он протекает
с участием воды, выделившейся на прогрессивной стадии метаморфизма. Регио-
нальный метаморфизм охватывает земную кору в среднем до глубин 25–30км.
Рассмотрим стадии регионального метаморфизма, когда трансформируют-
ся различные исходные породы:
Карбонатные породы (известняки) → мрамор.
Магнезиальные карбонатные породы → кальцифиры (аналог магнезиаль-
ных скарнов) с равномерным распределением форстерита, диопсида, фло-
гопита.
Хемогенно-осадочные породы богатые
Fe, Si
→ железистые кварциты
(джеспилиты) – тонкослоистые породы из магнетита, гематита, кварца,
иногда щелочного амфибола (рибекит) и некоторых железистых силикатов
(ферросилит, фаялит). Они приурочены к докембрийским образованиям
(высшая ступень метаморфизма).
Высокоглиноземистые осадки (бокситы древних кор латеритного типа) →
андалузит – кианитовые сланцы (иногда с диаспором), силлиманитовые
сланцы, корундосодержащие породы.
Древние россыпи → метаморфизированные золотоносные конгломераты с
уранитом и самородным золотом.
Торф → каменный уголь, антрацит.
Жилы альпийского типа как продукт регионального метаморфизма, содер-
жат горный хрусталь, рутил, адуляр, сфен, апатит, гематит, брукит, цеолит.
Контактный метаморфизм (ороговикование).
Главный фактор минерало-
образования – повышение температуры при низком давлении на контакте между
осадочными породами и внедрившимися в них магматическими породами. Кон-
тактовые ореолы вокруг массивов изверженных пород в некоторых случаях до-
стигают значительных размеров. Возникают роговики, которые названы так за
плотное сложение с оскольчато-раковистым изломом (аналогичным рогу): муско-
витные роговики (низкие температуры) → амфиболовые роговики (средние тем-
пературы) → пироксены (высокие температуры) → спуррит, мервинит (очень вы-
сокие температуры и низкое давление). Контактовые химические изменения охва-
тывают зону не только вмещающие толщи, но и зоны внутри массивов извержен-
ных пород.
Дислокационный метаморфизм (динамометаморфизм)
протекает в зонах
разломов в условиях локального повышенного или пониженного давления при
тектонических подвижках. Он распространен в зонах субдукции (при погружении
одной плиты под другую и повышении давления при низкой температуре), а так-
же при коллизионных процессах (столкновении крупных блоков континенталь-
ной коры). Их масштабы меньше, чем при региональном метаморфизме, а степень
метаморфизма редко превышает амфиболовую фацию.В него входит
кластиче-
ский метаморфизм
и
метаморфизм нагрузки
. Происходит динамическое преоб-
105
разование горных пород и минералов. Кластический метаморфизм приводит к
разрывным деформациям пород с дроблением минеральных индивидов. Образу-
ются катаклазиты и милониты. Миграция элементов слабая.
Если при повышении давления и температуры элементарный состав твер-
дой фазы породы не меняется и характерен только привнос или вынос газообраз-
ных продуктов (
H
2
O, CO
2
, O
2
и др.), то такой метаморфизм называется
изохимиче-
ским
.
При
аллохимическом метаморфизме
в систему поступают и выносятся из
нее не только газообразные, но и растворимые соединения (особенно
K, Na, Ca,
Mg, Fe
), порода сильно изменяется вплоть до полного метасоматического преоб-
разования. Некоторые авторы этот вид метаморфизма считают синонимом гидро-
термального метасоматоза.
9.2.
Химический состав метаморфических пород
В зону метаморфизма попадают изверженные и осадочные породы. Поэто-
му метаморфические породы по химическому составу изменчивы, особенно в зо-
нах действия метасоматоза.
Генетически метаморфические породы подразделяются на две большие
группы. К первой группе относятся контактово-метаморфические образования,
возникающие в результате изменения различных толщ под влиянием интрузив-
ных или иных изверженных пород. Вторая группа пород (кристаллические слан-
цы и гнейсы) образуются в результате реакций, протекающих в условиях значи-
тельных температур и давлений. Основными разновидностями метаморфических
пород являются гнейсы, слюдяные сланцы, хлоритовые сланцы, тальковые слан-
цы, филлиты, эклогиты, серпентиниты, кварциты и др.
Природу первичной породы, оказавшейся в зоне метаморфизма, можно
определить по химическому составу. Состав осадочных пород колеблется в зна-
чительно больших пределах, чем изверженных. Эта особенность помогает выяв-
лять метаморфизированные эквиваленты осадочных пород, которые удерживают
много алюминия, кремния, калия больше натрия, а магния больше кальция.
Метаморфизм может приводить к сглаживанию различий в химическом
составе пород. Примером могут служить монотонные докембрийские гнейсы. Пе-
рекристаллизация может привести к выделению линз, прослоек со специфическим
минеральным и химическим составом, что определяется как метаморфическая
дифференциация вещества. При изохимическом метаморфизме валовой химиче-
ский состав горных пород практически остается постоянным.
Активизация аллохимического метаморфизма приводит к изменению пер-
воначального химического состава породы, что связано с привносом или выносом
элементов в газовой или жидкой фазе. Диффузия вещества в твердом теле опреде-
ляется кинетической энергией ионов и наличием дефектов в кристалле. Она про-
текает при повышении температуры, увеличивает кинетическую энергию иона и
степень беспорядка. Это происходит при средне- и высокотемпературном мета-
морфизме (420–720˚С).
Глауконитовый сланец и хлоритоидный филлит выделяются повышенным
содержанием водорода. Для кварцита характерно минимальное содержание
Na,
Формат:
Список