1.1 Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых

Генетическая систематика месторождений полезных ископаемых, основанная на достижениях в области знаний о геологических и физико-химических условиях их формирования имеет очень большое значение, прежде всего, для целей металлогенического, минерагенического анализа и прогнозирования новых ресурсов минерального сырья.

1.2.1 Группа собственно магматических месторождений

Группа магматических месторождений включает три генетических класса: ликвационные, раннемагматические и позднемагматические полезные ископаемые.

Граниты. Называют их по преобладающему темноцветному минералу - биотитовые, пироксеновые, амфиболовые, мусковитовые.

Эффузивные породы кислого состава представлены липаритами и их палеотипными разновидностями кварцевыми порфирами (порфирами принято называть породы, где во вкраплениях преобладают калиевого полевой шпат, кислый плагиоклаз и обязательно кварц). В основной массе кислых эффузивов кайнотипного облика нередко бывает стекло. Стекла кислого состава (обсидиан) похожи на обычные стекла, но окрашены в различные цвета, чаще очень темные - до черного. Сюда же относится пемза, очень легкая пористая порода.

Жильные породы представлены жильными пегматитами, аплитами. Пегматиты состоят из кварца и полевых шпатов с различными размерами кристаллов. Аплиты - мелкозернистые, равномерно светлые породы, практически лишенные темноцветных минералов.

2.2 Средние магматические породы

Диорит. От гранитов отличается отсутствием калиевого полевого шпата (если он есть, то не более 5%) и большим цветным числом - 20.

Кварцевые диориты - содержание кварца более 5.

Эффузивные породы нормального ряда - андезиты представлены породами с порфировой структурой, содержащими во вкрапленниках плагиоклаз и темноцветные минералы. Косвенным признаком породы может служить зеленоватый оттенок массы.

Сиениты - средние интрузивы щелочного ряда содержат большое количество калиевого полевого шпата и практически лишены кварца.

Трахиты и ортофиры - состоят почти целиком из калиевого полевого шпата. В трахитах встречается санидин (водяно-прозрачная разновидность калиево-натриевого полевого шпата).

2.3 Щелочные магматические породы

Нефелиновые сиениты. Внешне похожи на средние породы, но содержат нефелин. Не следует путать нефелин с кварцем и надо помнить, что эти два минерала никогда не встречаются рядом.

Эффузивные и жильные щелочные породы очень редки.

3. Метаморфизм

Метаморфизм -- преобразование горных пород под действием эндогенных процессов, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые горные породы -- осадочные, магматические и ранее образовавшиеся метаморфические. В физико-химических условиях, отличных от тех, в которых образовались горные породы, происходит изменение их минерального состава, структуры и текстуры.

В зависимости от интенсивности метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до глубоко преобразованных пород, первичная природа которых практически утрачена.

Метаморфизм представляет собой сложное физико-химическое явление, обусловленное комплексным воздействием температуры, давления и химически активных веществ. Он протекает без существенного изменения химического состава первичных пород. Различают следующие виды метаморфизма.

3.2 Виды метаморфизма

Давление -- фактор динамометаморфизма. Различают воздействие геостатического (петростатического) давления, которое создается массой вышележащих толщ пород, и направленного давления (стресса), вызываемого тектоническими движениями.

Развитию дополнительного давления большую роль играет выделение газовой фазы (например, СО₂ при преобразовании загрязненного SiО₂ и Al₂О₃ в кальциево-силикатные породы). Роль такого давления велика при формировании структур и текстур метаморфических пород оно может ускорять или задерживать химические реакции. По закону объёмов (по В.И. Лучицкому) повышение давления вызывает реакции, связанные с уменьшением объёмов, т.е. возникающие при этом минералы имеют более компактные кристаллические решетки и соответственно более высокую плотность, например,

Оливин + анортит ---- гранат.

Породы динамометаморфизма

Тектоническая брекчия

Катаклазит

Милонит

Геостатическое давление способствует реакциям, идущим с сокращением объема твердой фазы, и приводит к образованию минералов с более плотной упаковкой (и большой плотностью). Кроме того, геостатическое давление вызывает повышение температуры плавления минералов, расширяя тем самым интервал температурных преобразований в твердой фазе. В условиях всестороннего давления формируются породы с однородной массивной текстурой.

Направленное давление (стресс) проявляется в деформации пород и приводит к изменению их структурно-текстурных особенностей. Под влиянием стресса минералы в породе приобретают закономерную ориентировку, располагаясь длинными осями и плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления. При этом формируются так называемые сланцевые текстуры, характерные для обширной группы метаморфических пород -- сланцев. Кроме того, стресс оказывает каталитическое воздействие на процессы минералообразования, ускоряя или замедляя их, и, вызывая дробление пород, повышает их фильтрационные свойства, что способствует циркуляции метаморфизующих растворов.

Изменения геостатического и направленного давления с глубиной неодинаковы: если первое, в общем, увеличивается, то второе, наоборот, ослабевает. На глубинах свыше 10 км направленные давления практически не проявляются, поскольку сокращение объема пустотного пространства в условиях высокого геостатического давления приводит к пересыщению породы растворами и преобразованию направленного давления в геостатическое. Однако и геостатическое давление контролируется не только глубиной. Согласно расчетным данным его величина в подошве земной коры не превышает 1300 МПа. Между тем изучение минералов, полученных экспериментальным путем, и сопоставление их с естественными ассоциациями минералов метаморфических пород показывают, что давления при метаморфизме в земной коре могут достигать 2500 МПа. Отсюда следует, что при определенных условиях величина давления зависит не только от массы вышележащих толщ пород, но в значительной степени и от процессов направленного сжатия (в том числе и в горизонтальном направлении), которые вызывают аномальное увеличение давления на относительно небольших глубинах.

Динамический метаморфизм проявляется главным образом при воздействии на породы стресса и может быть пластическим или катакластическим (дробленым). Раздробленные при катаклазе породы называются катаклазитами (катакластические граниты, гнейсы и т.д.). При более тонком дроблении и истирании, а также сдавливании и перекристаллизации возникают породы называемые милонитами (греч. myle. мельница).

При пластической деформации минералы или их группы перемещаются относительно друг друга с образованием текстур «течения», «вращения» и плойчатости. Хоть давление и важно, оно само по себе никаких образования минералов не вызывает, а изменяются лишь структуры и текстуры. Возникающие при динамометаморфизме породы обычно обладают хорошо выражено кристаллизационной сланцеватостью.

3.2.3 Метасоматоз

Химически активные вещества -- третий и, вероятно, самый главный фактор метаморфизма, который приводит к изменению химического состава пород. К ним, прежде всего, относятся вода и углекислота; в последнее время не меньшее значение придается водороду -- газу, обладающему высокой теплопроводностью и диффузионной способностью. Существенную роль играют также соединения N, Cl, F, B, S и других элементов. В виде растворов сложного состава эти вещества мигрируют через горные породы, оказывая на них метаморфизующее воздействие. Согласно господствующей точке зрения, обоснованной Д.С. Коржинским, А.А. Маракушевым и др., метаморфизующие растворы имеют глубинное (подкоровое) происхождение. Вода, содержащаяся в осадочных породах и освобождающаяся в процессе их высокотемпературного преобразования, не имеет большого значения и обычно не сказывается на общем характере метаморфизма. Основным фактором, по-видимому, являются восходящие горячие растворы, которые диффундируют из недр сквозь мельчайшие пустоты пород и через магматические расплавы, и, обогащаясь минерализаторами, становятся активными агентами метаморфизма. Об огромной роли этих растворов можно судить по тому факту, что в так называемых сухих системах, т. е. в породах, лишенных растворов вследствие малого объема их пустотного пространства, даже при наличии высоких давлений и температур метаморфические преобразования практически не происходят или идут крайне медленно.

3.3 Типы и условия проявления метаморфизма

В природных условиях в различных участках земной коры совместно проявляются несколько факторов метаморфизма, однако масштаб их проявления в целом и относительная роль каждого фактора в метаморфическом процессе определяются конкретной геологической обстановкой. По особенностям пространственного размещения и размаху процесса различаются два основных типа метаморфизма: локальный и региональный. Метасоматический метаморфизм может сопровождать метаморфизм любого типа и поэтому развивается как в локальных, так и в региональных условиях.

Локальный метаморфизм.

Контролируется конкретными структурными элементами -- разломами, контактами с интрузивными породами, пликативными дислокациями. Образующиеся при этом метаморфические породы связаны постепенными переходами с неметаморфизованными толщами. К локальным формам проявления метаморфизма относятся контактовый и катакластический метаморфизм.

Контактовый метаморфизм - это процесс изменения горных пород под воздействием внедрившийся в них магмы. Он проявляется в пределах ореолов химического и термального воздействия интрузий на вмещающие породы.

Контактовый роговик

Основными факторами этого метаморфизма являются температура и химически активные вещества. По данным В.С. Соболева, температурный интервал, в котором происходит типичный контактовый метаморфизм, заключается в пределах 550 - 900 °С. Процесс идет при относительно низких давлениях и широком развитии метасоматоза. Летучие компоненты магмы, проникая в виде растворов и газов в окружающие породы, вступают с ними в реакцию и приводят к резкому изменению их химического состава. Особенно значительны воздействие химических агентов и проявление метасоматоза на контакте вмещающих пород с интрузиями кислого состава; интрузии основных и ультраосновных магм оказывают в основном термальное воздействие на окружающие отложения. В целом величина контактового ореола, степень метаморфизма вмещающих пород в ореоле и характер преобразований зависят от температуры, объема и состава внедрившегося расплава. Магма, реагируя с вмещающими породами, изменяется и сама. При этом изменения состава интрузивной породы называют эндоконтактовыми, а вмещающих пород - экзоконтактовыми.

Контактовые изменения проявляются сильнее у богатых летучими компонентами кислых интрузий, чем у основных. Вмещающие породы в порядке уменьшения степени контактовых изменений располагаются в следующей последовательности: глины, глинистые сланцы; карбонатные породы (известняки, доломиты); основные изверженные породы; вулканические туфы и туфогенные породы; песчаники, песчанистые породы, кремнистые породы. Контактовые изменения возрастают с увеличением трещиноватости и пористости пород, способствующих циркуляции паров и газов. Контактовые изменения более интенсивны у секущих, чем у согласных контактов.

Во всех случаях мощность контактовой зоны прямо пропорциональна размеру интрузивного тела и обратно пропорциональна величине угла, образуемого поверхностью контакта с горизонтальной плоскостью.

Ширина контактовых ореолов обычно не превышает нескольких сотен метров и в редких случаях увеличивается до 2-5км и более. При этом мощность экзоконтактовой зоны значительно превосходит мощность зоны эндоконтактовой и процессы метаморфического минералообразования в первой более разнообразны.

Разновидности контактового метаморфизма: термальный и метасоматический.

Термальный (или нормальный) происходит при высокой температуре и низком давлении без существенного поступления вещества из остывающей интрузии. Породы перекристаллизовываются, иногда с образованием новых минералов, но без существенного изменения валового химического состава.

Метасоматический метаморфизм может быть разделён на гидротермальный и пневматолитовый. Однако четкого разделения между ними провести нельзя, так как оба эти вида встречаются совместно.

Известковый скарн

Вторичный кварцит

Магнезиальный скарн

Грейзен

Березит

Лиственит

Типичными породами контактово-термального метаморфизма являются роговики; к породам, образовавшимся в результате контактово-метасоматических процессов (метасоматитам), относятся скарны, грейзены, вторичные кварциты. С метасоматитами связано большое количество месторождений полезных ископаемых (олово, вольфрам, молибден, золото, полиметаллы).

К разновидностям метасоматического метаморфизма или метасоматоза относятся:

1) грейзенизация - превращение гранитных пород в кварцево-слюдистый агрегат с примесью кассетерита, шеелита и т.д.;

2) хлоритизация - замещение железисто-магнезиальных минералов хлоритом;

3) серицитизация - замещение полевых шпатов серицитом (мелкочешуйчатым мусковитом);

4) серпентинизация - замещение серпентином железисто-магнезиальных минералов (обычно оливина).

Особенно сильно метасоматоз проявляется в карбонатных породах, которые превращаются в силикатные породы - скарны. Под воздействием эманаций и растворов, содержащих кремнезем, алюминий, железо и ряд других элементов и соединений, как в экзо- так и в эндоконтакте образуются минералы группы пироксена и граната. Далее от контакта образуются скарны из амфибола, эпидота и хлорита. Еще далее породы подвергаются окварцеванию и окремнению под влиянием гидротерм.

В пироксен-гранатовых скарнах отлагаются гематит и магнетит, а также окислы марганца, цинка и шеелит. В амфиболовых скарнах внешней зоны часто присутствуют шеелит, молибденит, касситерит,, халькопирит, сфалерит, галенит, золото и другие минералы, а из нерудных тальк, флюорит, хризотил-асбест.

Объёмы скарнированных пород обладают формой, контролируемой положением контактов интрузии или отходящей от неё зоны скарнирования, а приуроченные к ним рудные залежи образуют пласты, линзы, трубчатые и более сложные тела.

Скарновые месторождения встречаются в контактах с гранодиоритами, кварцевыми диоритами и различными интрузиями среднего состава. В контактах с типичными гранитами месторождения встречаются редко, еще реже с основными интрузиями и совсем не встречаются с ультраосновными.

В скарны могут превращаться разнообразные некарбонатные породы, в частности туфы, порфириты и реже песчаники.

Автометаморфизмом называется процесс изменения магматических пород, начинающийся сразу же после их кристаллизации и происходящий под воздействием газовых эманаций и воды, выделяющихся из той же магмы. В результате автометаморфизма наиболее часто происходит серпентинизация ультраосновных пород, пропилитизация эффузивных пород, а также образование серицитолитов и вторичных кварцитов за счет окварцевания кислых и средних эффузивов.

Пропилитизация - метасоматическое преобразование горных пород в вулканогенных толщах основного и среднего состава, в условиях малых и средних глубин под воздействием гидротермальных растворов, содержащих в значительном количестве углекислоту и серу.

Серицитолиты - горные породы существенно серицитового или мономинерально серицитового состава.

Катакластический метаморфизм, или динамометаморфизм, происходит под действием направленных давлений и заключается в механическом разрушении (дроблении и перетирании) пород -- катаклазе. Катакластический метаморфизм проявляется в тех случаях, когда величина направленного давления превышает предел прочности пород. В результате катакластического метаморфизма в чистом виде, без участия температурного фактора и термальных растворов, образуются катакластические породы с различной степенью раздробленности: тектонические брекчии, катаклазиты, милониты. Однако в чистом виде катакластический метаморфизм происходит редко, поскольку областями его максимального проявления служат зоны глубинных разломов, являющиеся в то же время и основными путями подъема тепла и термальных растворов из недр.

Региональный метаморфизм. Региональным, по предложению А. Добре (1859г.), назван метаморфизм, распространяющийся на мощные толщи главным образом древнейших горных пород на огромных пространствах. В пределах этих площадей отсутствуют переходы к неметаморфизованным отложениям. Факторами регионального метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества, действующие совместно. При региональном метаморфизме осуществляются и изохимические и метасоматические процессы. Формирующиеся при этом породы отличаются большим разнообразием -- сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы, амфиболиты, гранулиты, эклогиты.

Породы регионального метаморфизма

Филлит

Зеленый сланец

Железистый кварцит

Кварцит

Метаморфизированный конгломерат

Мрамор и кристаллический известняк

Амфиболит

Кристаллический сланец

Гнейс

Мигматит

Чарнокит

Региональный метаморфизм обычно связан с активными геосинклинальными областями, однако в отношении условий его проявления существуют две принципиально различные точки зрения. В соответствии с первой точкой зрения причиной его является длительное, устойчивое прогибание участков земной коры, при котором осадочные и вулканогенные толщи, погружаясь, попадают в условия все более высоких температур и давлений. Однако исследования последних лет показали, что прогибание коры само по себе не является причиной метаморфизма. В прогибах, где нет складкообразовательных движений и других деформаций, обычно отсутствуют и проявления регионального метаморфизма. В Прикаспийской впадине, например, мощность практически неметаморфизованных осадочных отложений достигает 25 км. Эти факты послужили основанием для того, чтобы соотносить региональный метаморфизм с орогенной стадией развития коры, характеризующейся интенсивным складкообразованием, подъемом магматических масс и генетически связанных с ними термальных растворов. Последняя точка зрения развивается в трудах Д. С. Коржинского, Ю. А. Кузнецова, А. А. Маракушева и завоевывает все большее признание.

В обстановке регионального метаморфизма процессы преобразования пород могут достигать максимальной интенсивности, приобретая характер ультраметаморфизма. Он обычно протекает на большой глубине в пределах складчатых областей, где термодинамические условия допускают частичное или полное переплавление пород. Главнейшие процессы ультраметаморфизма -- анатексис, палингенез и гранитизация.

Анатексис -- частичное, избирательное выплавление минералов кварц-полевошпатового состава из исходных пород. В различных количествах расплав такого состава может получаться из любых осадочных и пирокластических пород (за исключением карбонатов, эвапоритов и некоторых других).

Палингенез -- полное переплавление исходных пород определенного состава с образованием гранитной магмы. Это явление обычно связано с переплавлением гранито-гнейсов и осадочных пород, химический состав которых отвечает гранитам.

Гранитизация -- процесс химического и минерального изменения пород любого состава с превращением их в граниты. Согласно Д.С. Коржинскому (1952 г.) и А.А. Маракушеву (1973 г.) в процессе гранитизации исходная порода обязательно проходит стадию магматического расплава. Агентами гранитизации являются растворы, которые вызывают расплавление исходной породы, а затем, диффундируя через расплав, изменяют его состав до состава гранитной магмы. Компоненты гранитов при этом растворяются в образовавшейся магме, а компоненты, «избыточные» по отношению к составу гранитной магмы, выносятся растворами за пределы магматического очага.

Таким образом, в обстановке глубоких метаморфических преобразований пород стирается граница между метаморфическими и магматическими процессами и завершается тот круговорот в природе, идея которого еще в начале века была высказана русским петрографом И.Д. Лукашевичем: магма; магматические породы; осадочные породы; метаморфические породы; магма.

3.4 Краткая характеристика главных метаморфических фаций

Метаморфическая фация по П. Эскола - совокупность пород того или иного состава, достигших химического равновесия при данных температурах и давлении. Породы каждой фации характеризуются свойственным им минеральным составом, включающим наряду с минералами, устойчивыми в широких пределах изменения температур и давлений и встречающимися во многих фациях (кварц, плагиоклаз, КПШ), критические минералы (индекс минералы), свойственные только данной фации (устойчивые в узких пределах давлений и температур). По ассоциациям индекс минералов фации и распознаются.

Уровень достигнутого породой метаморфизма называется степенью или ступенью метаморфизма. Более высоким степеням соответствуют и более высокие значения температур и давлений.

Выделяются следующие фации метаморфизма.

Фация зеленых сланцев. Сюда относятся в основном слабо измененные осадочные породы (серицитовые и хлоритовые сланцы, филлиты, перекристаллизованные песчаники, тальково-карбонатные породы и др.), а также зеленокаменная формация некоторых магматических пород (спилиты, диабазы и др.). Характерными минералами фации являются низкотемпературные и гидроксилсодержащие: хлорит, мусковит, тальк, серпентин.

Фация эпидотовых амфиболитов. Породы данной фации - ставролитовые, эпидотовые, альбит-олигоклазовые сланцы, мраморы, гнейсы, некоторые гнейсо-граниты - также весьма широко распространены. Характерно появление эпидота, кианита, олигоклаза (за счет альбита зеленосланцевой фации), граната, (альмандина), ставролита, биотита, роговой обманки.

Амфиболитовая фация. (Часто в неё включают и фацию эпидотовых амфиболитов). Самыми распространёнными минералами фации являются обыкновенная роговая обманка, средний плагиоклаз, кианит, гранат (альмандин, а в известковистых разностях - гроссуляр), ставролит. На верхнюю границу фации указывает появление силлиманита. Породы амфиболитовой фации (гнейсы, дистен-гранат-слюдяные сланцы, амфиболиты, кварциты, всевозможные породы, состоящие из кварца, ПШ, граната, кианита, роговой обманки и др.) образуются в широкой области температур и давлений, соответствующих средней и высокой ступеням метаморфизма.

4. Классификация метаморфических горных пород

К группе метаморфических относятся месторождения, которые образуются непосредственно в метаморфизуемых толщах пород при перекристаллизации исходного материала (таблица 3). При этом возникает новый вид полезных ископаемых.

Таблица 3 - Классификация метаморфических горных пород

К метаморфическим относятся многочисленные месторождения преимущественно неметаллических полезных ископаемых: мрамора, кварцита, флогопита, графита, асбеста, корунда, наждака, горного хрусталя альпийских жил и др. Из металлических важно отметить месторождения алюминиевых руд, представленные кианитовыми сланцами; титановых руд, представленных рутилом выветрелых эклогитов. К этому классу можно отнести также докембрийские месторождения метаморфогенных керамических и мусковитовых пегматитов, флогопитовые и флогопит-магнетитовые месторождения Алданского щита.

Месторождения графита приурочены к метаморфическим комплексам, метаморфизованных преимущественно в условиях амфиболитовой фации. Они известны в пределах Воронежского кристаллического массива, Украинского щита, Урала и Сибири (Восточные Саяны). В качестве примера следует изучить крупное Сухоярское месторождение графита, расположенное на юго-востоке Воронежского кристаллического массива.

В некоторых породах, особенно контактово-метаморфических наблюдаются массивные структуры. Формы залегания метаморфических пород в абсолютном большинстве случаев наследуются от пород исходных. Исключения составляют формы залегания контактово-метаморфических пород, представленных контактовыми ореолами.

месторождение ископаемый метаморфизм магматический

Литература

1. Белоусов О.Н., Михина В.В. Общий курс петрографии. Учебное пособие. - М.: Недра, 1972.

2. Лапинская Т.А. Прошляков Б.К. Основы петрографии. Учебное пособие. - М.: Недра, 1974.

3. Классификация магматических пород и словарь терминов. /Пер. с англ./ - М.: Недра, 1997 г.

4. Саранчина Г.М., Шинкарев Н.Ф. Петрология магматических и метаморфических пород. Учебное пособие. - Л.-; Недра, 1973.

5. Трусова И.Ф., Чернов В.И. Петрография магматических и метаморфических пород. Учебник. - М.: Недра, 1982

Размещено на Allbest.ru