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.
| Признак |
Примеры |
| Состав |
Пирротин с Ni (FeNiS) — магматический; без Ni — гидротермальный.
Апатит с REE — щелочные магм. породы. Сфалерит ZnS — низкотемпературный
гидротерм.; марматит (Zn,Fe)S — высокотемпературный |
| Свойства |
Пирротин магнитен (отклоняет стрелку) → гидротермальный |
| Окраска |
Кварц белый/серый/непрозрачный — гидротермальный; розовый —
гранитные пегматиты; аметист (фиолетовый) — низкотемпературные
гидротермы |
- Трудности определения генезиса: недоступность
процессов наблюдению; непрерывность и наложенность процессов;
растворение, перенос, переотложение, перекристаллизация.
| Генетический тип |
Источник вещества/энергии |
T |
P |
| Эндогенные (гипогенные) |
глубинный; энергия радиоактивного распада |
800–1200 °C |
5000–8000 атм |
| Экзогенные (гипергенные) |
атмосфера+гидросфера; солнечная энергия |
−50…+50 °C |
нормальное атм. |
| Метаморфические |
изменение физ.-хим. условий в недрах; радиоактивный распад |
— |
— |
51.
Источники энергии и подразделения процессов минералообразования
Эндогенные (в недрах, энергия радиоактивного
распада):
- Магматический — кристаллизация из силикатного
расплава при остывании;
- Пегматитовый — образование магмой парогазовых
флюидов и остаточных растворов, обогащённых летучими;
- Гидротермальный — отложение из горячих водных
растворов (конденсация флюидов);
- 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):
- Выветривание → коры выветривания, зоны окисления
сульфидных месторождений;
- 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.
| Вид |
Механизм |
| Инфильтрационный |
перенос инфильтрующими растворами (карбонаты) |
| Диффузионный |
диффузия через неподвижные поровые растворы в сторону падения
концентрации (~неск. мм за 10 000 лет) |
| Биметасоматоз |
проникновение компонентов с обеих сторон контакта реакционным
взаимодействием; ≤30% скарнов |
- 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.
| Главные |
Второстепенные и акцессорные |
| Кальцит, доломит, сидерит, диопсид, форстерит, флогопит, апатит,
магнетит, эгирин, барит |
Титаномагнетит, пирохлор, монацит, флюорит |
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.
| Главные |
Второстепенные и акцессорные |
| Оливин, диопсид, флогопит |
Алмаз, ильменит, магнетит, хромит, шпинель, пироп, циркон |
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.
| Тип |
Главные |
Второстепенные |
| Керамические и мусковитовые |
Плагиоклаз, микроклин, кварц (крупные блоки) |
Мусковит, биотит, гранат, берилл, монацит, циркон, апатит |
| Редкометальные (Li, Be, Ta-Nb, Cs) |
Клевеландит, микроклин, кварц |
Мусковит, сподумен, турмалин, касситерит, лепидолит (берилл) |
| Хрусталеносные (камерные) |
Кварц, горный хрусталь, дымчатый кварц, морион, альбит |
Мусковит, биотит, берилл (топаз) |
| "Линии скрещения" |
Флогопит, биотит, тальк, хлорит, актинолит, роговая обманка |
Плагиоклаз, кварц, мусковит, ильменит, гранат, берилл (изумруд) |
- 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.
| Главные |
Второстепенные |
| Кварц, мусковит, топаз, флюорит |
Касситерит, турмалин, вольфрамит, берилл, шеелит, арсенопирит,
халькопирит |
- 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.
| Тип скарнов |
Главные минералы |
Второстепенные |
| Магнезиальные (Mg,Ca) |
Форстерит, диопсид, флогопит, шпинель, людвигит, магнетит |
Титанит, актинолит, кальцит, апатит, тремолит |
| Известковые (Ca) |
Гроссуляр-андрадит, диопсид-геденбергит, эпидот, магнетит |
Тремолит, шеелит, молибденит, кобальтин, флюорит, галенит, пирит,
сфалерит |
- 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.
| Ассоциация |
Жильные |
Рудные |
| Высокотемпературная |
Кварц, берилл, топаз, флюорит |
Касситерит, вольфрамит, арсенопирит, пирит, молибденит,
пирротин |
| Среднетемпературная |
Кварц, сидерит, барит, флюорит, серицит |
Золото, пирит, халькопирит, галенит, сфалерит, блеклые руды |
| Низкотемпературная |
Кварц, кальцит, барит, халцедон, флюорит |
Киноварь, антимонит, реальгар, аурипигмент, золото |
- 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:
- Молекулы H₂O входят как кристаллизационная вода (кристаллогидраты),
структура перестраивается: ангидрит→гипс, тенардит→мирабилит. T=100–300
°C. Обратимы.
- Разложение воды → гидроксиды (конституционная вода; OH⁻, H⁺, H₃O⁺ в
определённых позициях): гематит→гидрогематит→гётит. T=300–1000 °C.
Полное разрушение структуры.
- 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.
| Класс |
Размер |
Породы |
| Псефиты (крупнообломочные) |
>1 мм |
валуны, галька, гравий |
| Псаммиты (среднеобломочные) |
0,1–1,0 мм |
пески, песчаники |
| Алевриты/алевролиты (мелкообломочные) |
0,01–0,1 мм |
лёсс, лёссовидные суглинки |
| Пелиты (тонкодисперсные глинистые) |
<0,01 мм |
глины |
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.
| Континентальные осадки |
Морские осадки |
| Мирабилит, галит, гипс |
Сильвин, галит, гипс, ангидрит |
Органогенные породы: известняк, диатомит, мел,
каустобиолиты (уголь, нефть).
Железистые и марганцевые породы/руды:
| Главные |
Второстепенные |
| Гидрогетит, гетит, глауконит, сидерит, апатит, гематит,
халцедон |
Пирит, вивианит, пиролюзит, барит, марказит, манганит, опал |
- 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:
| Ступень |
T |
Давление |
Породы |
| Низшая |
200–300 °C |
боковое |
хлоритовые и серицитовые сланцы |
| Средняя |
400–500 °C |
боковое + литостатическое |
амфиболиты, двуслюдяные гнейсы, биотитовые роговики |
| Высшая |
500–600 °C |
литостатическое |
двупироксеновые и гранат-кордиеритовые гнейсы |
- Фация метаморфизма — ассоциация пород,
метаморфизованных в одинаковых физ.-хим. условиях; различаются по
"критическим минералам" (возможны только в одной фации,
запрещены в других).
| Фация |
Критические минералы |
Запрещённое |
Примечания |
| Зелёных сланцев |
Хлорит, мусковит, актинолит, тремолит, тальк |
— |
градиент 15–35°/км; субфация — биотитовая (кианит, альмандин) |
| Эпидот-амфиболитовая |
Эпидот, роговая обманка, биотит, мусковит, гранат
(альмандин) |
хлорит |
— |
| Амфиболитовая |
Роговая обманка, биотит, гранат-альмандин, кианит, ильменит,
сфен |
эпидот |
градиент 15–35°/км; углеродистое вещество — графит |
| Гранулитовая («сухая») |
Ромб. и монокл. пироксены (гиперстен, диопсид), форстерит |
минералы с OH⁻ |
градиент 20–35°/км; стабилен β-кварц; пироп-альмандин с 25–55%
пиропового минала |
- Минал — конечный член изоморфного ряда
минералов.
63. Зоны окисления
сульфидных месторождений
Вертикальные зоны:
- Зона просачивания (аэрации) — свободная быстрая
циркуляция воды, много свободных O₂ и CO₂.
- Зона истечения — небольшое движение воды, мало
O₂.
- 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.