Процессы магматической кристаллизационной дифференциации и связанные с этим минеральные ассоциации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Реферат на тему:

"Процессы магматической кристаллизационной дифференциации и связанные с этим минеральные ассоциации"

Выполнил: Сандалов Ф.

Дифференциация магмы

Магматическим очагом называется жидкий расплав вещества мантии, занимающий некоторый объем в теле Земли. Считается, что исходная магма имеет химический состав, аналогичный веществу мантии - основной или даже ультраосновной. Главным критерием определения химического состава магмы, как и магматических горных пород, является содержание SiO2 - кремнезема:

Таблица 1. Классификация магмы по содержанию кремнезёма [4].

Из приведенного становится понятным, что для образования расплавов, отличных от первичных (основных и ультраосновных), требуется преобразование магмы. Такое разделения исходной (основной) магмы на расплавы разного состава называется дифференциацией магмы.

Дифференциация магмы происходит разными путями, из которых, возможно, главное значение принадлежит следующим.

1. Кристаллизационно-гравитационная дифференциация заключается в том, что кристаллизация минералов при остывании расплава идет в строгой последовательности: первыми кристаллизуются самые тугоплавкие (тяжелые) минералы, а затем все менее тугоплавкие, и, соответственно, легкие. Образующиеся кристаллы минералов могут вступать в реакцию с оставшимся магматическим расплавом и последовательно замещаться все менее тугоплавкими минералами. Если реакция окончательно не завершается, то внутри позднее возникших кристаллов сохраняются остатки предшествующих. Данная последовательность, по имени выявившего ее канадского петрографа названная реакционным рядом Боуэна:

Оливин - пироксен - плагиоклаз - роговая обманка - биотит - мусковит, ортоклаз - кварц

Оставшиеся после образования кварца магматические пары и растворы также могут реагировать с минералами, в результате чего образуются хлорит, серпентин или другие минералы. Названные растворы, проникая в трещины, формируют рудоносные пегматитовые дайки и жилы. Если кристаллизация происходит быстро, то образующиеся первыми тяжелые минералы оседают на дно магматической камеры, формируя основные породы (габбро). Оставшаяся магма окажется более кислой, и богатой подвижными компонентами, следовательно, поверх основных пород начнут возникать средние (диориты, сиениты), а затем и кислые магматические породы (граниты). магма кремнезём фильтрация

2. Процесс фильтрации и отжимания остаточной магмы под влиянием давления происходит в результате того, что объем расплава примерно на 10 % больше, чем объем образующихся из него магматических пород. Следовательно, оставшаяся жидкой часть расплава, будучи гидростатически более легкой, станет отжиматься вверх по трещинам под давлением окружающих пород.

3. Ликвация - разделение магмы на два несмешивающихся расплава. При этом насыщенная кремнеземом, а значит более легкая жидкость, скапливается в верхней части камеры, а более тяжелая - в нижней. Возможно, ликвация также принимает участие в образовании пегматитов.

4. Ассимиляция заключается в том, что, по мере подъема магма растворяет (расплавляет) окружающие горные породы, обогащается продуктами растворения, и, следовательно, изменяет свой химический состав. О процессе ассимиляции свидетельствуют ксенолиты - "впаянные" в интрузив обломки вмещающих пород.

5. Гибридизация проявляется в смешении разных расплавов, что ведет к образованию магматических пород неупорядоченного химического и минералогического состава.

По мере остывания интрузивных тел, от них отделяются и поднимаются по трещинам перегретые водные растворы и летучие компоненты, создавая пневматолитовые месторождения минералов, содержащих олово, вольфрам и другие металлы. На значительном расстоянии от интрузива летучие компоненты исчезают, температура растворов падает, идет формирование гидротермальных месторождений галенита, сфалерита, халькопирита, кварца, кальцита и других минералов [3].

Кристаллизационная дифференциация. Ряд Боуэна

Кристаллизационная дифференциация магмы является равновесной, когда между кристаллами и расплавами сохраняется химическое равновесие и происходит механическое отделение кристаллов от равновесной с ними магмы. В случае нарушения равновесия между кристаллами (в целом) и магмой с образованием, например, зональных кристаллов отделение их от магмы приводит к изменению нормального течения реакции кристаллов с расплавом, т.е. к фракционной дифференциация магмы. Последняя широко проявляется при формировании расслоенных интрузий основных и ультраосновных пород, образовавшихся в результате последовательного осаждения продуктов кристаллизации на постепенно поднимающееся дно магматической камеры, а также при формировании глубоко дифференцированных массивов редкометалльных гранитоидов (щелочных, литий-фтористых и др.). Разновидности кристаллизационной дифференциации магмы - дифференциация в процессе зонной плавки, а также кинематически-гравитационная, в результате которой в поднимающейся к верхним горизонтам литосферы колонне магмы происходит обогащение фронтальных её частей SiO2, Al2О 3, Na2О, К 2О, а в нижних - CaO, MgO, FeO.

При начале кристаллизации магмы в качестве возможных факторов дифференциации начнут действовать различные механизмы фракционной кристаллизации (то есть выделение последовательных кристаллических фракций из остаточного магматического расплава). На кристаллизационную дифференциацию почти всегда участвующую в дифференциации, отчетливо указывают минеральные ассоциации, наблюдающиеся в магматических горных породах. Огромное количество экспериментальных данных по кристаллизации таких соединений, как полевые шпаты, фельдшпатоиды, пироксены, оливин и кварц, из силикатных расплавов в управляемых условиях ясно показывает, что минералы, встречающиеся совместно в магматических горных породах, кристаллизуются при одних и тех же температурах (например, оливин-диопсид, оливин-лабрадор, ортоклаз-олигоклаз, фаялит-ортоклаз). Минералы же с резко различными областями кристаллизации (например, олигоклаз и оливин, ортоклаз и диопсид, мусковит и лабрадор) совместно не встречаются. Учитывая все это, кристаллизационную дифференциацию, вероятно, следует считать главным из участвующих в дифференциации факторов.

Рис 1. Ряд Боуэна [2].

В выделенном ряду имеются две ветви: минералы магнезиально-железистые, темноцветные, называемые также фемическими, составляют одну (левую на схеме) ветвь и минералы светлые, известково-щелочные, называемые также салическими (кремний и алюминий играют в них ведущую роль), составляют другую ветвь (правую на схеме).

Эксперименты, проведенные Боуэном, показали, что температура кристаллизации оливина (форстерита) равна 1890°. Таким образом, оливин устойчив при высоких температурах. Он устойчив и при низких температурах, если нет химически активных реагентов. Например, если расплав содержит кремнезем, то при температуре 1570° С оливин с ним реагирует и переходит в ромбический пироксен:

(Mg, Fe)2 [SiO4] + SiO2 = (Mg, Fe)2 [Si2O6], t = 1570 C

Известны и дальнейшие процессы преобразования ромбических пироксенов в моноклинные пироксены, последних - в роговые обманки. Данная ветвь завершается образованием биотита, в который входят летучие компоненты и щелочи.

Другая ветвь кристаллизационного ряда Боуэна начинается с образования анортита. Температура кристаллизации анортита при обычном давлении 1550° С. При понижении температуры из расплава выделяются плагиоклазы с повышенным содержанием альбитовой молекулы, а плагиоклазы, богатые анортитовой молекулой, становятся неустойчивыми. Происходят процессы метасоматического замещения основных плагиоклазов кислыми. Температура кристаллизации альбита примерна соответствует температуре выделения биотита. Ветвь завершается калиевым полевым шпатом, мусковитом и кварцем. Приведенная схема последовательности выделения минералов и соответствие в ней определенных минералов правого ряда определенным минералам левого ряда позволяют установить возможные парагенезисы минералов в магматических породах.

Так, возможно совместное нахождение оливинов и пироксенов с анортитом и натрово-известковыми плагиоклазами, роговая обманка ассоциирует с известково-натровыми плагиоклазами, биотит - с кислыми плагиоклазами, калиевым-полевым шпатом и кварцем.

В расслоенных интрузивах образование ультрамафических (пироксениты, дуниты) пород связано с опусканием и аккумуляции ранее образовавшихся кристаллов магнезиального оливина или пироксена (главным образом бронзита). Но, например, в Бушвельдском комплексе развиты ультраосновные породы, в которых существуют прослои хромита.

А в общем, с дифференциацией магмы связаны месторождения многих полезных ископаемых. Они залегают главным образом среди изверженных горных пород и образуются в процессе дифференциации и кристаллизации магма при температуре около 800-1500С° и давлении в сотни атмосфер. Месторождения полезных ископаемых собственно магматического происхождения встречаются преимущественно в массивах ультраосновных и основных изверженных пород. Таковы месторождения хромитов, минералов группы платины, сульфидов железа, никеля, меди и кобальта, титаномагнетитов, алмазов, графита, апатита, некоторых редкометалльных минералов. Типичным примером являются известные медно-никилевые месторождения Мончегорского района на Кольском полуострове. В результате разделения исходной магмы на силикатную и сульфидную в породах ультраосновного и основного составов обособились скопления сульфидов. Их крупные массы благодаря своему большому весу сконцентрированы в нижней части массива изверженных пород, внедрившихся в толщу гнейсов. Часть сульфидного расплава была отжата в трещины в верхней части массива. Такое же происхождение имеют медно-никелевые сульфидные месторождения Норильска, а в Канаде - крупнейшее месторождение Садбери. Другие месторождения магматического месторождения - месторождения хромитов на Урале, в Южной Африке, Турции и в других местах. Магматическое происхождение также имеют титаномагнетитовые месторождения Урала. Оригинальный тип магматических месторождений это трубки взрыва, заполненные раздробленной ультраосновной породой (кимберлитом), содержащей алмазы. Такие месторождения были открыты в Южной Африке, в Якутии. Магматические месторождения в изверженных породах кислого и среднего состава встречаются значительно реже. Наиболее известный пример - крупнейшее месторождение магнетитовых руд Каруна - Северная Швеция, которое рассматривают как продукт дифференциации сиенитовой магмы. В некоторых случаях граниты могут быть обогащены ценными редкометалльными минералами. Так в Северной Нигерии разрабатывают граниты, обогащенные колумбитом, цирконом и другими. С дифференциацией щелочных магм связаны месторождения апатита и некоторых редкометалльных минералов. Наиболее яркий пример - уникальное Хибинское месторождение апатитов, залегающие в массиве нефелиновых сиенитов.

Далее, приведена таблица, показывающая минеральный состав магматических интрузивных горных пород:

Таблица 2. Главные минералы магматических интрузивных пород [1].

Список литературы

1. Булах А.Г. Общая минералогия. Москва, 2008 - 416 стр.

2. http://dic.academic.ru

3. http://nospe.ucoz.ru

4. http://studopedia.ru

Размещено на Allbest.ru