Разделение элементов в процессах генерации и кристаллизации магм.

Магматический процесс (МП) включает три стадии:

1. Генерация магмы. 2. Движение и накопление магмы. 3. Кристаллизация магмы. При изучении магматических пород исследователи имеют дело уже с интегральным продуктом трех стадий МП, и, изучая этот продукт, пытаются реконструировать весь процесс или отдельные его стадии. Наиболее информативными для таких реконструкций являются редкие элементы.

Поведение элементов в МП определяется их физическими, химическими и кристаллохимическими свойствами. Элементы, участвующие в МП делятся на:

1. главные или петрогенные, слагающие основные породообразующие минералы (O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K);

2. элементы-примеси или редкие элементы, не образующие собственных минералов или образующие акцессорные минералы. Обособляется еще группа летучих элементов.

 Поведение петрогенных элементов в МП определяется областями устойчивости и порядком кристаллизации (или плавления) основных минеральных фаз, которые в свою очередь зависят от состава МС, Р и Т. Поведение породообразующих минералов в МП рассматривается физико-химической петрологией, но эти сведения являются основой для понимания поведения элементов-примесей, поэтому напомним основные закономерности.

Первой наиболее универсальной закономерностью является последовательность кристаллизации минералов из расплава, известная под названием рядов Боуэна, включающих непрерывный реакционный ряд плагиоклазов и прерывистый темноцветных минералов (оливин - пироксен - амфибол - биотит). Эти ряды указывают на последовательное накопление в расплаве при кристаллизации Si и щелочей и обеднение его фемическими компонентами (Fe, Mg) и Ca. Отражением рядов Боуэна является все многообразие изверженных пород от ультрабазитов через базальты (габбро) к диоритам (андезитам) и гранитоидам (дацитам-риолитам). Степень продвижения по ряду Боуэна зависит от удаления из МС ранее закристаллизованных минералов, то есть фракционирования твердых фаз.

МП в основных базальтовой и гранитной системах описываются фазовыми диаграммами Ol-Px-Pg-Q и Q-Ab-An-Or, в которых можно проследить пути плавления-кристаллизации в зависимости от исходного состава. Основные факторы, влияющие на положение котектических линий, точек эвтектики и Тпл, это Робщ и РН2О. Робщ повышает Тпл, а РН2О понижает. Еще один фактор, это степень окисленности-восстановленности МС, выражаемая через фугитивность fO2. В окислительных условиях при кристаллизации магнетита происходит обеднение расплава Fe (Боуэновский тренд кристаллизации), а в восстановительный - относительное накопление Fe (Феннеровский тренд кристаллизации). Влияние Робщ на порядок кристаллизации можно продемонстрировать на примере базальтового расплава: при Р> 12,5 кбар расширяется поле кристаллизации ортопироксена за счет оливина, при Р>15 кбар на ликвидусе появляется гранат. Распределение элементов-примесей в целом зависит от распределения петрогенных элементов.

 ЭП можно разделить по поведению в МП на две основные группы:

 а) кристаллихимически близкие к петрогеным и изоморфно входящие в их структуру, что приводит к снижению их концентраций в расплаве по мере кристаллизации (способность к изоморфным замещениям определяется: величиной ионнныъ радиусов, зарядом иона, электроотрицательностью, силой кристаллического поля и т.д.);

 б) обладающие слишком большими или малыми величинами ионных радиусов и(или) зарядов, а следовательно не входящие в главные минералы и накапливающие в остаточном расплаве.

Первые известны под названием совместимых или когерентных, а вторые несовместимых или некогерентных.

Магматизм приводит к перераспределению рассеянных элементов в ряду изверженных пород. В ультабазитах концентрируются Mg, Fe, Cr, Ni, Co, платиноиды, в базитах – Ti, V, Сu, Sc, в гранитах – Li, Cs, Be, Zn, F, Ta, Nb, W, Sn, в щелочных породах – Na, K, Nb, Zr, P, Ba, редкоземельные элементы.

Большая часть элементов распространена более или менее равномерно.

Полезные ископаемые, связанные с магматизмом.

Выше названная дифференциация определяет геологические условия нахождения и связи магматических месторождений с определенными комплексами магматических г.п.

С ультрабазитами связаны месторождения хромитов (Cr), платиноидов – Бушвельд (Южная Африка), Кемперсайское, Ключевское на Урале.

 С комплексами ультраосновных – основных пород связаны месторождения сульфидных руд с Ni, Си,Co, платиноидами (Мончегорск на Колском п-ве, Садбери в Канаде, Норильск в Восточной Сибири).

С габброидами связаны крупнейшие месторождения Ti-магнетита и ильменита (руды на Ti и V) – Первоуральское, Качканарское.

С сиенитами связаны апатит-магнетитовые месторождения, с эволюцией щелочного магматизма связаны месторождения апатит-нефелиновых руд (Хибинский массив на Кольском п-ве). Апатит содержит 40 %P2O5, до 3, 5% SrO и ~ 1% редкоземельных элементов.

Фракционирование гранитоидных магм приводит к последовательному концентрированию Li, Cs, Be, Zn, F, Ta, Nb, W, Sn, Mo и формированию соответствующего оруденения. Например, кислые интрузивные и субвулканические породы хребта Хамар-Дабан выделяются разнообразием F-B минерализации (флюорит, топаз, турмалин), проявлением рудной минерализации (Sn, W, Ta, Be), связанной с эволюцией магмы редкометальных Li-F гранитов.