Метаморфическое минералообразование

Метаморфизм это преобразование (перекристаллизация) магматических или осадочных пород в результате изменившихся условий давления и температуры при воздействии растворов. Наиболее широко распространен на Земле региональный метаморфизм. Огромные территории щитов древних платформ и геосинклиналей сложены регионально-метаморфическими породами. Образование таких пород связывают с погружением больших масс на большую глубину, что может происходить при разнообразных тектонических процессах. В этих условиях весьма существенно меняется минералогический состав пород, а также их внешний облик. Породы часто приобретают сланцеватое строение, минералы располагаются параллельно друг другу, перпендикулярно преобладающему давлению. При региональном метаморфизме породы преобразуются под воздействием повышающихся температуры и давления. Происходит образование минералов с более компактной структурой, занимающих меньший объем. Некоторые минералы, такие как соль, самородная сера, фосфориты, гипс, алунит, ангидрит и другие сульфаты совершенно не встречаются в метаморфических толщах.

Минеральный состав метаморфических пород зависит от состава исходного материала (осадочного или магматического), а также очень сильно зависит от давления и температуры. В зависимости от физико-химических условий метаморфизма – глубины (давления), температуры, состава метаморфизующих растворов и состава исходных пород – образуются самые разнообразные по составу кристаллические сланцы: богатые полевым шпатом гнейсы, слюдяные сланцы, амфиболиты, тальковые, хлоритовые сланцы, а также серпентиниты, мраморы, кварциты.

Метаморфические породы образованные по осадочным толщам имеют специфические минералы, присутствие которых однозначно указывает на осадочную природу исходных пород. Такими минералами при метаморфизме глин являются силикаты алюминия – дистен, андалузит, силлиманит, ставролит, хрупкие слюды и др. В других случаях, если в породах присутствуют щелочи, образуются серицитовые или слюдяные сланцы. Кремнистые осадки в процессе метаморфизма преобразуются в яшмы (кварцево-халцедоновые породы) или кварциты. При метаморфизме карбонатных пород (известняков) образуются мраморы с волластонитом, гроссуляром, диопсидом.

Минеральные ассоциации метаморфизованных месторождений. Метаморфизованными называют месторождения, которые образовались ранее (например, осадочные месторождения марганца, железа) и были преобразованы в процессе метаморфизма. Осадочные месторождения железа и марганца в процессе метаморфизма претерпевают существенные изменения. Устойчивые в экзогенных условиях коллоидальные гидроксиды превращаются в безводные соединения, например, лимонит и гётит – в гематит и магнетит; псиломелан и манганит (гидроксиды марганца) – в браунит и гаусманит, а в присутствии кремнезема – в силикаты марганца – родонит и марганцевые гранаты и др. Во многих метаморфизованных месторождениях сохраняется первичное осадочно-слоистое сложение пород, при боковом давлении слои могут собираться в мелкие складки. Как новообразования часто распространены хорошо образованные кристаллы граната (альмандин и др.), кордиерита, ставролита, дистена, андалузита и др. Типичным примером метаморфизованных месторождений являются железистые кварциты.

Минеральные ассоциации метаморфических месторождений.

Метаморфическими называются месторождения, которые возникли при процессах метаморфизма, а до этого промышленного интереса не представляли. Таких месторождений мало, но они очень типичны, т. к. сложены рудными минералами исключительно метаморфического генезиса. К таким месторождениям относятся: дистеновые (огнеупорное сырье), корундовые (абразивное сырье) из кристаллических сланцев. Промышленное значение имеют месторождения граната (альмандина) как абразивное сырье, встречаются в слюдяных сланцах. Очень характерны также месторождения графита, возникающие при метаморфизме каменных углей.

Очень интересными метаморфическими образованиями являются жилы альпийского типа, возникающие в толщах регионально метаморфических пород при растяжении (образовании складок). В крупных друзовых полостях («хрустальных погребах») этих жил встречаются прекрасно ограненные кристаллы кварца, обладающего пьезоэффектом, хлорита, эпидота, актинолита, адуляра, альбита, рутила, сфена, кальцита и др. Характерно, что в этих жилах развиваются те же минералы, что и в составе вмещающих метаморфических пород. Это указывает на то, что их образование происходило одновременно с метаморфизмом пород при участии тех же метаморфизующих растворов.

Вопросы.1. Какими бывают пегматиты и какие полезные ископаемые они содержат? 2. Как образуются скарны и какие минералы для них характерны? 3. Какие формы имеют тела гидротермального происхождения? 4. Особенности гидротермального минералообразования (причины процесса)? 5. Как образуются грейзены и какие минералы для них характерны?

Лекция 18

Экзогенное минералообразование. Минералы коры выветривания. Экзогенное минералообразование. Минеральные ассоциации коры выветривания. Осадочное минералообразование. Диагентическое минералообразование.

Экзогенное минералообразование

Минералы коры выветривания

Процесс выветривания – типично экзогенное явление, приводящее к образованию тонкодисперсных минеральных образований, которые возникают в результате сложных реакций с O₂, CO₂, воздухом и H₂O, а также в процессе жизнедеятельности микроорганизмов. Все эти реакции приводят к разложению минералов до кашеобразного (пылеобразного) состояния. В первую очередь разлагаются те минералы, которые содержат в своем составе элементы в низших степенях валентности (Fe²⁺ в сидерите и пироксене, S²⁺ в сульфидах, др.), или элемент, способные давать с СО2 легкорастворимые бикарбонаты (например, Na и К в плагиоклазе, Mg²⁺ в оливине, серпентине и др.). При окислении происходит гидролиз растворимых солей с выпадением гидроокислов сильно поляризующих катионов с малыми размерами ионных радиусов (Fe³⁺, Al³⁺, Si⁴⁺, Mn⁴⁺ и др.).

Состав накапливающихся в коре выветривания минералов в первую очередь зависит от исходного состава пород и руд. При этом химически стойкие минералы не разрушаются, а механически накапливаются в коре выветривания, а при размыве переносятся и скапливаются в россыпях. К устойчивым минералам относятся: кварц, магнетит, гематит, корунд, шпинель, хромшпинелиды, ильменит, рутил, касситерит, апатит, монацит, шеелит, циркон, топаз, турмалин, дистен, андалузит, киноварь, самородное золото, платиноиды, алмаз и др.

Наиболее интенсивные процессы химического разложения минералов наблюдаются в зоне выветривания сульфидных руд. Характерным является то, что сульфиды при окислении сначала переходят в соли серной кислоты:

FeS→ FeSO₄, PbS→ PbSO₄ и др. Происходит перенос металлов. Но при этом надо учитывать, что сульфаты различных металлов растворяются по-разному. Разные типы сульфидных месторождений будут содержать в зоне окисления различный набор минералов.

В медно-сульфидных месторождениях богатых притом, халькопиритом и другими сульфидами меди, в зоне окисления образуются нерастворимые гидроксиды железа – лимонит, гётит (железная шляпа). Медь же в виде легкорастворимого сульфата мигрирует к уровню грунтовых вод. Следовательно зона окисления сильно обедняется медью. Наоборот, в зоне вторичного сульфидного обогащения происходит накопление меди в рудах за счет образования вторичных, богатых медью сульфидов – ковеллина, халькозина, иногда борнита, возникших на месте первичных сульфидов в результате реакций их с медьсодержащими растворами. Таким образом, если в железной шляпе наблюдаются хотя бы признаки кислородных соединений меди – малахита, азурита, хризоколлы и др., то можно быть уверенным в том, что ниже уровня грунтовых вод будет располагаться обогащенная медью зона вторичных сульфидов. В районах с жарким и сухим климатом при малом выпадении осадков окисление руд происходит медленнее.

В случае окисления бедных серой халькозиновых руд образуются куприт и самородная медь. Иногда сульфаты меди – халькантит, брошантит, силикаты меди – диоптаз (ашарит), хризоколла. В жарком и сухом климате образуются ярозит, мелантерит.

В свинцово-цинковых месторождениях, богатых сфалеритом и галенитом, кроме лимонита, который образуется за счет вездесущего пирита, присутствуют вторичные минералы свинца: англезит (PbSO₄) образуется за счет галенита, иногда тонкой пленкой обволакивая остатки чистого галенита. Иногда образуется церуссит, пироморфит, ванадинит, крокоит и др. Крупноразмерный ион свинца дает устойчивые соединения с крупными комплексными анионами – SO₄, PO₄, AsO₄, VO₄, CrO₄ и др.

Цинк ведет себя по-другому – он в виде растворимого в воде сульфата почти полностью выносится из зоны окисления. Если в нижних горизонтах или боковых зонах встречаются известняки, то образуются смитсонитовые руды Zn(CO₃). Если нижние горизонты и боковые породы сложены сланцами или другими неактивными в химическом отношении породами, то цинк с растворами достигает грунтовых вод и уходит за пределы месторождения. Иногда в зоне окисления встречаются силикаты Zn – каламин, виллемит, изредка фосфаты, арсенаты и др. Таким образом свинец и цинк тесно связанные друг с другом в эндогенном минералообразовании в виде сульфидов, в коре выветривания разобщаются.

По иному ведет себя и серебро, часто присутствующее в виде примеси в галените. В нижних частях зоны окисления оно встречается в самородном виде вместе с аргентитом. В странах с жарким и сухим климатом переходит в галоидные соединения – кераргирит и др.

Легко разрушаются карбонаты двухвалентных железа и марганца, образуя гидроксиды. Также легко разрушаются и силикаты марганца (родонит, манганит, браунит и др.), они также переходят в гидроксиды четырехвалентного марганца: пиролюзит и псиломеланы, образуя марганцевые шляпы..

За счет выветривания силикатных пород могут возникать новые месторождения, имеющие площадное значение. На месте кислых пород богатых глиноземом и бедных железом в условиях умеренного климата возникают каолинитовые залежи, а при латеритном выветривании в условиях влажного и жаркого климата – бокситы (гидроксиды алюминия). В условиях интенсивного выветривания основных и ультраосновных пород разлагаются и силикаты железа (серпентины, хлориты, гранаты, пироксены, амфиболы и др.) с образованием рыхлых бурых железняков. Если присутствовало много силикатов с Ni, Co, т образуются никелевые силикатные руды, содержащие ревдинскит, гарниерит, галлуазит, никель- и кобальтсодержащие гидросиликаты марганца – асболаны и др. (месторождения Южного Урала). Кремнезем, высвобождаясь из силикатов, переходит в коллоидный раствор, частично дает новые минералы в виде нонтронита, галлуазита (ниже зоны железной шляпы), а частично выпадает в виде халцедона и опала.

Следует сказать, что в корах выветривания, могут образовываться очень разнообразные минералы: гипс, арагонит, кальцит, ярозит, самородная сера (при разложении гипса), различные фосфаты, а в сухих районах в виде выцветов – селитра, квасцы и другие легкорастворимые сульфаты (Чили), карбонаты и галоидные соединения различных элементов.

Минералы осадочных пород

Осадочные слоистые породы и руды образуются преимущественно в озерных и морских бассейнах. Среди них выделяют три главные группы: 1) обломочные, или терригенные, состоящие в основном из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, 2) химические осадки – кристаллического, коллоидного, а также 3) осадки биогенного происхождения.