РАЗДЕЛ III. Генетическая минералогия

50. Понятие генезиса и типоморфизма минералов

• Генезис — происхождение минералов (предположительно). Парагенезис — совместное образование и нахождение. Парагенетическая ассоциация — совокупность минералов, совместно образующихся при близких физ.-хим. условиях. Ассоциация = система в координатах T, P, концентрация вещества. Основоположник генетики в минералогии — В.И. Вернадский.
• Типоморфизм — зависимость особенностей минералов (состав, свойства, морфология) и их парагенезисов от условий образования. Типоморфные признаки: состав, свойства, окраска.

• Трудности определения генезиса: недоступность процессов наблюдению; непрерывность и наложенность процессов; растворение, перенос, переотложение, перекристаллизация.

51. Источники энергии и подразделения процессов минералообразования

Эндогенные (в недрах, энергия радиоактивного распада):

1. Магматический — кристаллизация из силикатного расплава при остывании;
2. Пегматитовый — образование магмой парогазовых флюидов и остаточных растворов, обогащённых летучими;
3. Гидротермальный — отложение из горячих водных растворов (конденсация флюидов);
4. КМС (контактово-метасоматические) — скарны и грейзены: контакт гранитной интрузии с вмещающей толщей, воздействие летучих соединений и гидротерм.

Экзогенные (поверхность, атмосфера, гидросфера; климат. T, атм. P, энергия Солнца):

1. Выветривание → коры выветривания, зоны окисления сульфидных месторождений;
2. Осадконакопление → химические, механические и биогенные осадки.

Метаморфические — преобразование минералов эндо-/экзогенного происхождения при изменении термодинамических условий в недрах.

• Различие процессов: геологические условия, T и P, источники энергии и вещества, химсостав среды.

52. Эволюция магматического расплава при понижении температуры

• Магматический процесс — кристаллизация из магмы при снижении T. Параметры: T=1200–800 °C, P=5–8 тыс. атм.
• Состав магмы: оксиды Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na/K; H₂S; Cl⁻, F⁻, OH⁻; бор; пары воды.
• Породы: интрузивные — медленное остывание, полнокристаллические зернистые, кристаллизация на глубине; эффузивные — быстрый подъём, резкое падение T и P, потеря летучих, скрытокристаллические стекловатые.

Механизмы изменения состава магм:

• Дифференциация — разделение первичного расплава:
  • Ликвация — распад на 2 несмесимые жидкости (менее плотная — вверх); пример — вода/масло; обособляются несиликатные расплавы (сульфидные, карбонатные).
  • Кристаллизационная — неодновременный переход компонентов в твёрдую фазу; ранее закристаллизовавшиеся оседают на дно (→ гравитационная дифференциация); либо отжим незакристаллизованной магмы при тектонике. Итог: поздние порции магмы всё более кислые и щелочные.
• Ассимиляция — растворение/расплавление магмой обломков вмещающих пород. Захват обломков = контаминация; нерасплавленные обломки = ксенолиты (угловатые). Типичны для краевых частей камер.
• Гибридизация — смешение расплавов из разных очагов в одной камере → промежуточный состав.

Ряд Боуэна (кристаллизационные ряды):

• Фемические (Fe-Mg силикаты, темноцветные): оливин → ромб. пироксены → монокл. пироксены → амфиболы → биотит.
• Сиалические (Ca-Si, светлые): Ca-плагиоклаз → основные (лабрадор) → средние → кислые (альбит).
• Далее общая кристаллизация: КПШ → мусковит → кварц.

Породообразующие минералы: сиалические (богаты Si, Al) — полевые шпаты, кварц, мусковит; фемические (богаты Mg, Fe) — пироксены, амфиболы, биотит, оливин. Классификация пород: ультраосновные <45% SiO₂; основные 45–52%; средние 52–65%; кислые 65–75%; щелочные (до 20% щелочей).

53. Понятие о процессах метасоматоза и метаморфизма

• Метасоматоз (по Д.С. Коржинскому) — замещение породы при воздействии флюидов разного генезиса с изменением минерального и хим. состава; растворение старых и образование новых минералов почти одновременно; порода всегда сохраняет твёрдое состояние. Системы открытые.

• Дифференциальная подвижность компонентов: почти всегда инертны Al₂O₃, TiO₂, P₂O₅. Ряд убывающей подвижности: H₂O → CO₂ → S → K₂O → Na₂O → O₂ → MgO → FeO → CaO → SiO₂.
• Метаморфизм — совокупность процессов изменения пород при высоких T и P (прогибание земной коры). Главные факторы: температура и давление. Выражается в обезвоживании и перекристаллизации.
• Региональный метаморфизм: большие глубины, огромные площади; верхний предел — 800–850 °C на глубине, 1000–1100 °C у поверхности; P до десятков тысяч атм. Стресс (одностороннее боковое давление) >> литостатического; вызывает сланцеватость (полосчатость). Ступени = фации регионального метаморфизма (см. 62). Контактовый метаморфизм — см. эндогенные КМС.

54. Ассоциации минералов в магматическом процессе

→ См. вопрос 52 (ряд Боуэна, парагенезисы ликвации, ассимиляции).

55. Минералы главных типов магматических месторождений

→ См. 52 (реакционные ряды Боуэна: выделившиеся минералы реагируют с жидкой магмой, меняя состав для сохранения равновесия). К магматическому процессу также относят карбонатиты и кимберлиты.

Карбонатиты — редкие образования, генетически связаны с ультраосновными щелочными породами; >80% — карбонаты (кальцит, доломит). Приурочены к платформенным областям и зонам региональных разломов (Кольский п-ов, Тува, Алдан). Богаты акцессорными минералами с REE, Nb, Ta, U, Zr, Sr, Ti, F, P — не встречаются в других процессах.

Кимберлиты — брекчиевидные породы из обломков ультраосновных и вмещающих осадочных пород; результат взрыва ультраосновной магмы в мантии и прорыва вышележащих пород; цемент — вторичные минералы по оливину основной массы.

Магматическое происхождение имеют хромит, платина, алмаз, пирротин, пентландит, магнетит и др.

56. Важнейшие минералы пегматитов

• Пегматиты — крупно-/гигантозернистые жильные тела, по составу близкие к интрузиям; удалены от них ≤1–2 км. Преобладают гранитные; реже щелочные, габбро-пегматиты. Минеральный состав тот же, что у материнской интрузии.
• По А.Е. Ферсману: при кристаллизации гранитной магмы образуется остаточный расплав, богатый редкими/REE элементами и летучими-минерализаторами (Cl, F, B).
• Письменный гранит (еврейский камень) — закономерные вростки кварца в полевом шпате (совместная кристаллизация), напоминают иероглифы.
• Типы: "чистой линии" (без ассимиляции) и "линии скрещения" (взаимодействие с основными/ультраосновными вмещающими породами; Урал). Часто зональное строение.

• Хрусталеносные залегают среди гранитов/гранито-гнейсов, полости-камеры (занорыши): кристаллы горного хрусталя, дымчатого кварца, мориона, топаза, берилла.
• Значение: источник REE (Sc, Y, Ce, La), редких (Be, Li, Ta, Nb, Sr), пьезокварца, слюды, полевых шпатов (керамическое сырьё).

57. Грейзены, особенности минерального состава

• Грейзен (КМС) — кварц-слюдяной агрегат, образовавшийся на месте гранита за счёт химических реакций; переработка постмагматическими газовыми и водными растворами (выход летучих F, Cl, B, H₂O; фторсодержащие флюиды).
• T = 300–500 °C; глубина грейзенизации ~1–5 км.
• На последней стадии переходит в гидротермальный процесс: Sn-Q, W-Q, Sn-W-Q, Mo-Q жилы.

• Источники Sn, W, Bi, Mo, Be, Li и REE.

58. Минералы скарнов и сопровождающие их рудные минералы

• Скарны (КМС) — породы из известково-железистых и магнезиальных силикатов; образуются при реакции карбонатных и алюмосиликатных пород с участием постмагматических флюидов. Магнезиальные — по доломиту; известковые — по известняку. КМС неразрывно связаны с магматическим и метаморфическим процессами.
• Предшествует контактовый термометаморфизм: глины (↑Al) → роговики; песчаники → кварциты; известняки → мраморы.
• Характер флюидов близок к нейтральному; скарновые ассоциации образуются только из хлорсодержащих флюидов (возможно умеренное F). Отличие от грейзенов — наличие гранатов.

• T: магнезиальные 850–650 °C; известковые 800–400 °C; оптимально ~600 °C. Основные факторы — парциальные давления CO₂ и H₂O.
• Значение: месторождения металлов и слюды-флогопита; оруденение наложено на минералы скарнов. Добыча: ~50% W, ~30% Pb и Zn, значимые Mo, Fe, Cu.

59. Важнейшие минералы гидротермальных рудных жил

• Гидротермы — горячие водные растворы, отделяющиеся от магм и образующиеся при сжижении газов. Гидротермальный процесс завершает цикл эндогенных.
• Движутся по трещинам, тектоническим нарушениям, зонам контактов. Форма тел — жильная. Главный жильный минерал — кварц; широко распространены карбонаты. Выносят соединения металлов из очага + заимствуют вещества из боковых пород.
• T: высокотемпературные 450–300 °C (ближе к интрузии); среднетемпературные 300–200 °C; низкотемпературные <200 °C (удалены).

Источники воды: застывающие магматические очаги (отделение летучих → конденсация в жидкие минерализованные растворы); дегидратация осадочных пород при региональном метаморфизме (H₂O, CO₂ из глубинных зон); дегазация мантии (с тепловыделением, прогрев пород); поверхностные (метеорные) воды — мигрируют до глубин 500 м, теряя O₂, разогреваясь и минерализуясь.

• Отличие ювенильных и метеорных вод — только по изотопному составу H (протий/дейтерий; В.И. Смирнов).

Типы ассоциаций:

• Плутоногенные: связаны с интрузиями, глубина 0,5–5 км, связи с поверхностью нет, метеорные воды не участвуют; максимум T в кровле интрузии.
• Вулканогенные: связь с вулканизмом, 1–2 км, метеорные воды доходят; велика роль в меди — 45% мировой добычи.
• Телетермальные: без связи с магматизмом; приурочены к вмещающим породам; 1–3 главных рудных минерала.

• Руды: цветные (Cu, Pb, Zn); редкие (W, Mo, Sn, Bi, Sb, As, Hg, Ni, Co); радиоактивные (U, Ra, Th); Au, Ag; неметаллические.

60. Минералы коры выветривания ультраосновных и кислых пород

• Факторы выветривания: избыток O₂, CO₂, H₂O. Физическое разрушение (замерзание вод в трещинах/порах) + химическое изменение эндогенных минералов. Наиболее интенсивно — в жарком влажном климате: суточные колебания T, обилие влаги, активность микроорганизмов и растений.
• Разрушение силикатов и сульфидов → оксиды, гидроксиды, соли оксокислот. Происходят: смена валентности; вынос лёгкорастворимых солей K, Na, Ca, Mg; накопление труднорастворимых (Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂).
• Устойчивость к выветриванию (убывает): кварц (наименее устойчив — оливин); основные плагиоклазы < кислые; ультраосновные/основные породы < граниты; наименее устойчивы сульфиды.
• Хим. активность вод зависит от: O₂, CO₂, NO₃⁻, SO₄²⁻, гуминовых кислот, NH₄⁺, галогенидов.

Гидратация (взаимодействие с водой), 3 типа:

1. Молекулы H₂O входят как кристаллизационная вода (кристаллогидраты), структура перестраивается: ангидрит→гипс, тенардит→мирабилит. T=100–300 °C. Обратимы.
2. Разложение воды → гидроксиды (конституционная вода; OH⁻, H⁺, H₃O⁺ в определённых позициях): гематит→гидрогематит→гётит. T=300–1000 °C. Полное разрушение структуры.
3. Цеолитная вода: свободно проникает в полости каркаса цеолитов и покидает без разрушения структуры.

Гидролиз — медленное разложение минерала водой; сильно подвержены силикаты и алюмосиликаты.

Типы накопления: элювиальные месторождения (на месте разрушения); аллювиальные (перенос и концентрация реками/потоками → пески, цементируемые в песчаники и конгломераты); труднорастворимые продукты остаются на месте → коры выветривания.

61. Минеральный состав главных типов осадочных горных пород

• Осадкообразование: формирование россыпей; осадки бассейнов нормальной и повышенной солёности.
• Россыпь — промышленное скопление ценных минералов в песках (Au, Pt, алмазы, Ti, W, Ni, Th, корунд, гранат, горный хрусталь).

Обломочные породы (новые минералы НЕ образуются; наиболее распространены; классификация по размеру обломков):

• несцементированные: глины, пески, гальки, щебни; сцементированные: аргиллиты, алевролиты, песчаники, брекчии, конгломераты.

Химические осадки (из истинных и коллоидных растворов): соли, часть известняков, доломиты, бокситы, кремнистые породы. Карбонатные — самые распространённые хим.-биохим.: известняк (кальцит), доломит (доломит + примеси кальцита, глины, гипс, целестин, флюорит, опал; промежуточные — доломитизированные известняки), мергель (известково-глинистая, глины 30–50%; градация: известковистая глина → мергель → глинистый известняк; морские/озёрные осадки).

Галогенез — отложение солей из насыщенного раствора в строгом порядке, зависящем от растворимости, концентрации, T, времени кристаллизации, присутствия других солей. Осаждение — при сезонном высыхании водоёма, изменении уровня воды.

Органогенные породы: известняк, диатомит, мел, каустобиолиты (уголь, нефть).

Железистые и марганцевые породы/руды:

• Осаждение из коллоидных растворов; зависит от кислородного режима: с O₂ — окисные руды (гидрогетит, гематит); без O₂ — карбонатные (сидерит) или силикатные (железистые хлориты). Наиболее распространены лимониты (полиминеральная смесь гидроксидов Fe с глинистым/песчанистым веществом). Осадочные месторождения — 30% мировой добычи Fe-руд.
• Mn переносится/отлагается из коллоидных растворов, но осаждается на больших глубинах, чем Fe.
• Биохимические: фосфориты (апатит), месторождения U и сульфидов Mo, Pb, Zn — приурочены к углистым породам/сланцам и битуминозным породам (высокая адсорбционная способность органики).
• Порядок выпадения осадков: карбонаты Ca и Mg (кальцит, доломит) → сульфаты (гипс, ангидрит) → галит, сильвин, карналлит, бишофит → все бораты (кроме людвигита — он из скарнов).

62. Факторы метаморфизма. Понятие о метаморфической фации

• Метаморфизм — изменение минералов эндогенного происхождения под действием высоких T и P. Региональный: 800–850 °C (глубоко), 1000–1100 °C (у поверхности).
• Главные способы образования минералов: перекристаллизация и метасоматоз.
  • 1-я стадия: медленная перекристаллизация мелкозернистых агрегатов в крупнозернистые (без изменения состава).
  • 2-я стадия: + метасоматоз, новые минералы, меняется химсостав пород (обязательно участие гидротермальных растворов).
• Геотермический градиент 3 °C/100 м. Теплота радиоактивного распада: 450–500 °C (каолинит) → 900–950 °C (пироксен, гранат).
• Стресс (одностороннее боковое давление) — образует сланцеватость; высокое P — плотные минералы.

Ступени регионального метаморфизма:

• Фация метаморфизма — ассоциация пород, метаморфизованных в одинаковых физ.-хим. условиях; различаются по "критическим минералам" (возможны только в одной фации, запрещены в других).

• Минал — конечный член изоморфного ряда минералов.

63. Зоны окисления сульфидных месторождений

Вертикальные зоны:

1. Зона просачивания (аэрации) — свободная быстрая циркуляция воды, много свободных O₂ и CO₂.
2. Зона истечения — небольшое движение воды, мало O₂.
3. Зона застойных вод — нет движения и свободного O₂.

• Процессы: окисление, гидратация, карбонатизация. Выщелачивание растворимых соединений → полости, поры, каверны (так развивается гипс в карбонатных толщах).
• Реакции: CuFeS₂ → CuSO₄; FeS₂ → FeSO₄; FeS₂ + nO₂ → FeSO₄ → Fe₂(SO₄)₃ → FeOOH.
• Верхняя часть зоны окисления — нерастворимые соединения Fe³⁺ («железная шляпа»); поисковый признак железистого/медного оруденения на глубине.
• Нижняя часть: сульфатные растворы реагируют с первичными карбонатами: 2CuSO₄ + 2CaCO₃ + 5H₂O → Cu₂CO₃(OH)₂ + 2CaSO₄·2H₂O + CO₂.
• ZnSO₄ легко растворим — вынос Zn; минералы Pb сохраняются на месте — накопление Pb.

Зоны вторичного обогащения: CuSO₄ + FeS₂ + H₂O → Cu₂S + CuS + FeSO₄ + H₂SO₄ (халькозин, ковеллин).

Богатые медные руды: борнит Cu₅FeS₄ — 64% Cu; ковеллин — 66,5% Cu; халькозин — 80% Cu. Наиболее мощные зоны окисления — у медных сульфидных месторождений.

• ⚠ 4 зоны: верхняя и нижняя части зоны окисления; зона вторичного обогащения; массивные сульфиды (первичные) — с характерными минералами каждой.