Пегматитовый процесс минералообразования реферат
Обновлено: 05.07.2024
А.Е. Ферсман, рассматривая последовательность минералообразования в пегматитовом процессе, выделяет магматический, эпимагматический, пневматолитический, гидротермальный и гипергенный этапы. Процесс формирования собственно пегматитовых тел включает три из них — эпимагматический, пневматолитовый и гидротермальный. Эту модель пегматитового процесса использовала Н.В. Петровская для объяснения генезиса мусковитовых пегматитов Мамского пояса и особенностей процессов минералообразования в них. Дальнейшее изучение пегматитов показало, что в связи со сложностью выявления агрегатного состояния флюидов при высоких давлениях и температурах процессы, происходящие после кристаллизации расплава, правильнее объединить в единый послемагматический этап. Детальное изучение мусковитовых пегматитов привело к выводу об их гетерогенной природе. Наряду с первично-магматическими телами пегматитов, образовавшимися в процессе кристаллизации остаточного расплава, были выделены первично-метаморфические пегматиты. Следовательно, метаморфический этап закономерно является одним из этапов процесса формирования мусковитовых пегматитов. Таким образом, в этом процессе выделяются три этапа: 1) метаморфический. 2) магматический и 3) послемагматический (табл. 5.4).
На метаморфическом и магматическом этапах пегматитового процесса формировались в основном незональные тела плагиоклазового или двуполевошпатового типов и ранние зоны зональных пегматитовых тел.
Метаморфический этап. Метаморфические пегматиты формировались в результате процессов метаморфической дифференциации и гранитизации гнейсов и сланцев метаморфической толщи с последующей перекристаллизацией кварц-плагиоклазового материала. Процессам метаморфической дифференциации и гранитизации соответствует согласное залегание тел этих пегматитов, постепенные переходы на их контактах, наследование минерального состава вмещающих пород и особенности изменения состава минералов в контактовых зонах. В некоторых телах наблюдается затем образование из мелкозернистых агрегатов мелкоблоковых и неяснографических пегматитов путем перекристаллизации. Отчетливо прослеживается постепенное увеличение размеров зерен плагиоклаза и кварца и сегрегация чешуек биотита с образованием его табличек и мелких пластинок.
Магматический этап. В условиях метаморфогенного пегматитообразования в высокотемпературных зонах, где физико-химические условия соответствовали необходимым для анатексиса параметрам P и T, могли возникнуть анатектические расплавы, при кристаллизации которых образовались плагиоклазовые или двуполевошпатовые пегматиты, тогда как в относительно низкотемпературных участках метаморфической толщи в это время происходила только метаморфическая дифференциация. Л.Н. Сапожникова показала, что плагиоклазовый пегматит графической структуры образовался путем кристаллизации из расплава, соответствующего по составу кварц-плагиоклазовой эвтектике. Жилы такого пегматита залегают как среди гнейсов, так и в мраморах, и в известково-силикатных породах. Исследователи пегматитов Северной Карелии также предполагают формирование незональных плагиоклазовых пегматитовых жил путем кристаллизации из расплава, возникшего при метаморфической дифференциации (ультраметаморфизме) вмещающих пород. Тела двуполевошпатовых незональных пегматитов образовались также из магматического расплава, что подтверждается условиями их залегания, строения и состава. Значительную часть таких пегматитовых тел слагает пегматит графической структуры, в котором срастания калишпата и кварца характеризуются совместным ростом этих минералов из расплава. Присутствие ортоклаза в мелкозернистых и графических пегматитах является дополнительным признаком их магматического происхождения.
Эндоконтактовая зона аплитового и гипидиоморфно-зернистого пегматита, а также зона графического пегматита зональных тел двуполевошпатовых пегматитов образовались, как и незональные тела, путем кристаллизации из магматического расплава. Нa это указывает присутствие включений раскристаллизованного расплава в кварце графического пегматита. Кристаллизация пегматитового расплава часто заканчивалась образованием этой структурной зоны, но иногда, видимо, происходило накопление остаточного низкотемпературного расплава, из которого кристаллизовалась пегматоидная зона. Возможно, этому способствовало накопление летучих на конечном этапе кристаллизации, так что некоторые зональные тела могли полностью формироваться путем кристаллизации из расплава. В таких телах включения раскристаллизованного расплава встречены в кварце пегматоидной зоны. Видимо, минералообразование в этих телах тесно совмещалось с кристаллизацией из остаточного расплава. Таким образом, ассоциации I (эндоконтактовых зон аплита и мелкозернистого пегматита) и II (зон пегматита графической структуры) кристаллизовались на магматического расплава, на остаточных порций которого в некоторых телах формировалась зона раннего пегматоида.
Послемагматический этап. Наложенные структурно-парагенетические ассоциации послемагматического этапа образовались путем замещения ранних ассоциаций магматического или ультраметаморфического происхождения. Процесс послемагматического изменения пегматитов часто начинается развитием крупных лейст биотита и образованием апографического пегматита по графическому путем сегрегации кварца и укрупнения кварцевых вростков в калишпате. Лейсты биотита пересекают как границы структурных зон, так и границы двуполевошпатовых тел в плагиоклазовых пегматитах.
С зонами апографического пегматита пространственно тесно связаны зоны и участки кварц-мусковитового комплекса. Они характеризуются интенсивным замещением полевых шпатов кварцем и мусковитом, биотита мусковитом и микроклина плагиоклазом. Мусковит, образующийся вместе с кварцем по полевым шпатам, кристаллизуется, очевидно, одновременно с мусковитом, развивающимся по биотиту. В некоторых случаях процесс замещения биотита мусковитом опережает кварц-мусковитовое замещение, хотя интенсивность того или другого процесса определяется еще многими другими факторами. Процессы замещения обусловлены интенсивным воздействием послемагматических растворов на уже сформировавшиеся ранние зоны пегматитовых тел. При образованно кварц-мусковитового комплекса происходит кристаллизация и перекристаллизация многих акцессорных минералов: апатита, турмалина, граната, монацита. Одновременно с развитием кварц-мусковитового комплекса в его внешней зоне происходит замещение микроклина плагиоклазом № 15— 27. Многие исследователи отмечали, что величина зерен кварц-мусковитового агрегата обычно определяется размером зерен замещаемого пегматита, так что мелкокристаллический кварц-мусковитовый агрегат образуется в мелкозернистом пегматите, крупнокристаллический — в блоковом и апографическом. Иногда, однако, в апографическом пегматите наблюдается развитие разнокристаллического кварц-мусковитового комплекса с одним-двумя крупными кристаллами мусковита и рядом мелких в одном участке кварца. Это, видимо, связано с тем, что не достигнуто равновесие в процессе замещения.
Зоны альбитизации часто приурочены к трещинам в пегматоидных зонах, а иногда они пересекают кварцевые ядра. Еще более поздние зонки растворения кварца с пустотами, выполненными горным хрусталем, поздними табличками серебристого и зеленого мусковита и друзами альбита, также занимают секущее положение в пегматоидной, реже в апографической зонах.
Таким образом, ранняя структурно-парагенетическая ассоциация зоны апографической структуры характеризуется образованием биотита и микроклина. Следующая за ней ассоциация кварц-мусковитового комплекса отличается, в первую очередь, замещением полевых пшатов кварцем и мусковитом, а также биотита — мусковитом. Eе сменяет ассоциация пегматоидной зоны, образование которой заканчивается кристаллизацией крупных кварцевых ядер. Для более поздней структурно-парагенетической ассоциации характерным минералом является альбит, а на завершающем этапе образуются зоны выщелачивания с растворением кварца и ростом друз кварца, альбита и мусковита.
Па послемагматическом этапе в зональных плагиоклазовых пегматитах происходят те же процессы замещения, что и в двуполевошпатовых пегматитах. Иx послемагматическое изменение начинается с. образования крупных лейст и пластин биотита, а иногда и блоков калишпата, метасоматически замещающего плагиоклаз. Часто развитие этих минералов в плагиоклазовых пегматитах пространственно связано с пересекающими их жильными телами двуполевошпатовых пегматитов. Наблюдается перекристаллизация плагиоклаза с образованием участков апографической структуры. Таким образом, на этой стадии послемагматического изменения плагиоклазовых пегматитов образуется, как и в двуполеношпатовых телах, парагенезис биотита и микроклина, характеризующий раннюю щелочную стадию этого процесса.
Следующим процессом изменения плагиоклазовых пегматитов является перекристаллизация плагиоклазового пегматита с образованием крупноблоковых зон пегматитовых тел. При этом часто лейсты биотита деформируются растущими блоками плагиоклаза, что указывает па относительно более поздний рост последних. Между мелкозернистыми и неяснографическими первичными пегматитами, с одной стороны, и образующимися по ним апографическими и крупноблоковыми агрегатами, с другой — наблюдаются постепенные переходы.
Перекристаллизация плагиоклазовых пегматитов непосредственно сопровождается развитием мусковита по лейстам и пластинам биотита и кварц-мусковитового комплекса по блокам плагиоклаза. В мусковите, замещающем биотит, часто наблюдаются реликты последнего, а образующиеся пластины мусковита наследуют форму изогнутых лейст и пластин биотита. При этом вновь образующиеся пластинчатые кристаллы мусковита в биотитовых лейстах и участках кварц-мусковитового комплекса не подвержены более поздним деформациям. Следовательно, эта стадия послемагматнческого замещения плагиоклазовых пегматитов завершается образованием ассоциации мусковита и кварца и характеризуется повышением кислотности послемагматнческих растворов. Во многих плагиоклазовых жилах Мамского пегматитового пояса этой стадией заканчивается процесс послемагматического минералообразования.
В плагиоклазовых пегматитовых жилах с хорошо выраженной зональностью проявлен процесс последующего изменения пегматитов, характеризующийся образованием крупных блоков плагиоклаза и кварцевых блоков, ядер, осей. Между блоками этих минералов расположены крупные пластины и иногда ельчатые и клиновидные кристаллы мусковита. Эта ассоциация характеризует стадию кварцевого замещения и образуется под воздействием растворов, отличающихся максимальной кислотностью. Жилы плагиоклазовых пегматитов с кварцевыми ядрами содержат иногда поздние альбит-мусковитовые обособления, характерные для стадии позднего повышения щелочности послемагматических растворов. Эта стадия изменения пегматитов наиболее часто наблюдается в жилах, являющихся, по существу, апофизами крупных тел двуполевошпатовых пегматитов. Да и сами зональные плагиоклазовые тела нередко являются апофизами двуполевошпатовых пегматитовых тел. Находки включений затвердевшего расплава в минералах этих пегматитов указывают на то, что отщепление их материала происходило на ранних стадиях процесса в виде расплава-раствора, богатого летучими компонентами, а иногда, возможно, раствора.
Пегматитовый процесс – процесс конечной кристаллизации остаточного магматического расплава, обогащенного летучими компонентами и редкими элементами. Пегматиты образуются в связи с интрузиями всех типов магм, но наиболее распространены и практически важны гранитные пегматиты, а также щелочные – нефелино-сиенитовые и сиенитовые, так как их материнские магмы наиболее богаты летучими компонентами.
Лучше всего изучены гранитные пегматиты, для которых существует группировка по глубинам их образования А И. Гинзбурга и Г.Г. Родионова:
Пегматиты весьма больших глубин (более 10 км) – кварц-полевошпатовые (керамические), иногда с редкоземельными минералами.
Пегматиты больших глубин (7 – 10 км) – слюдоносные.
Пегматиты средних глубин (3,5 – 7 км) – редкометальные.
Пегматиты малых глубин (1,5 – 3,5 км) – хрусталеносные (камерные).
В этой курсовой работе будут рассмотрены хрусталеносные гранитные пегматиты. Среди гранитных пегматитов они занимают особое положение. Камерные пегматиты являются источником добычи кварца, флюорита и драгоценных камней. Они имеют не только большое практическое, но и научное значение, поскольку являются удобным для исследования объектом, содержащим важную информацию по магматическому и особенно постмагматическому минералообразованию.
Минеральный состав хрусталеносных пегматитов необычен. Наряду с самоцветами в них находятся минералы, характерные для редкометальных и керамических пегматитов. Так, кроме кварца, полевых шпатов и магнезиально-железистых слюд пегматиты содержат литиевые слюды – циннвальдит и т.д.; минералы бериллия – берилл, фенакит; а также колумбит, мусковит и др.
Данная курсовая работа будет написана на основе данных по камерным пегматитам Волыни (Украина) и Урала.
Основная цель курсовой работы – научиться определять происхождение минералов и минеральных ассоциаций по их генетическим признакам. Это необходимо прежде всего для установления генезиса месторождений полезных ископаемых, а следовательно, для рационального направления поисково-оценочных работ, выявления новых видов минерального сырья и разработки технологических схем его обогащения.
Перед написанием работы я ставила перед собой следующие задачи:
Выяснить в какой геологической обстановке протекали процессы минералообразования
Изучить текстурно-структурных особенностей минеральных тел и агрегатов для выявления способов и последовательности образования минералов
Изучить минеральный состав, парагенетические ассоциации минералов
Научиться подбирать нужную информацию в библиотеке, интернете и работать с библиотечным каталогом
Научиться документировать минералогические образцы, их текстурно-структурные особенности и генетические признаки
1. Геологические условия нахождения хрусталеносных пегматитов
На сегодняшний день существуют противоречивые сведения о последовательности хода процессов формирования пегматитов. Несмотря на расхождения во мнениях по поводу генезиса пегматитов, все исследователи единодушны в том, что процесс формирования их является очень сложным, длительным, протекавшим в изменившихся физико-химических условиях.
Существует три основных группы теорий:
1. Гипотеза А.Е. Ферсмана
Кристаллизация магмы, содержащей жидкие и летучие компоненты (Н2О, СО2, F, B, Cl, и др.), сопровождается накоплением этих веществ в остаточной части магмы, которая имеет высокую подвижность и пониженную температуру кристаллизации.
Этот расплав накапливается в апикальных частях интрузий и медленно кристаллизуется.
В соответствии с этим А.Е. Ферсман выделял 5 этапов и 11 фаз пегматитообразования.
Фаза А -завершение отвердевания магмы, 800-9000
Фаза В -эпимагматическая. Образуется аплитовая оторочка 800-7000
Фазы С, Д, Е – КПШ+Кв, граф. структура 700-6000.
Ms, турмалин, топаз 600-5000.
Фазы F и Q твердая фаза + газовый флюид. Замещение ранее образованных минералов Alb,
Li слюд 500-4000.
Фазы H-I-K сульфиды, слюды, флюорит, карбонат 400-500.
Фаза L – преобразование в зоне выветривания
2. Гипотеза А.Н.Заварицкого - В.Д.Никитина.
Согласно этой гипотезе, пегматиты образуются по следующей схеме:
1. Происходит внедрение даек м/з гранитов, аплитов, граносиенитов. Магма, из которой формируются дайки насыщена газово-водными растворами. При застывании магмы в форме даек газово-водный раствор находится в состоянии равновесия с кристаллизующейся породой. А.Заварицкий исходил из того, что растворимость летучих компонентов в магме, ограничена, а следовательно – не возникают критические точки, которые есть на диаграмме П.Ниггли.
2. Находящиеся в равновесии газово-водные растворы создают условия для перекристаллизации данных пород. Возникают крупно-гигантозернистые породы (письменные граниты) по составу отвечающие составу исходных пород. Такая собирательная кристаллизация требует длительного времени и условий термостатирования. Система была замкнутой.
3. Вследствие фракционной дистилляции при диффузии газово-водного раствора происходит нарушение химического равновесия. Начинается растворение ранних минералов. Система становится открытой.
4. Из глубинных источников поступают новые порции растворов с теми или иными химическими элементами. Данная стадия отчетливо фиксируется по появлению альбита.
3. Гипотеза Е. Камерона, К. Ландесса.
Эти исследователи по структурно-текстурным составляющим отчётливо делят пегматиты на 2 группы:
а) Зональное заполнение пегматитовой полости.
б) Метасоматическое преобразование раннее образованных пегматитов.
На первом этапе система закрыта для привноса, но открыта для выноса.
На втором этапе система открывается полностью. Происходит полное метасоматическое преобразование пород.
По данной гипотезе физико-химическая система становится открыта с пневматолитового этапа А. Е. Ферсмана.
Гранит у контактов жил обычно обогащен биотитом и магнетитом. Жилы имеют зональное строение. От контактов к центру прослеживаются следующие зоны (по А.Е. Ферсману):
а – гранит (геофаза А)
b – аплит с магнетитом и альмандином (геофаза В)
с – письменный гранит мелкозернистый, серый (геофаза С)
d – крупнозернистый пегматоидный агрегат кварца и полевого шпата с зернами топаза и берилла (геофаза D)
е – занорыши (размером 5*1*2 м) с кристаллами калиевого полевого шпата, дымчатого кварца, топаза, бкрилла, альбита зубьевидного и гребенчатого, лепидолита (геофазы E-F); часто заполненны глиной (геофаза L).
2. Строение минеральных тел. Текстуры и структуры минеральных агрегатов.
Хрусталеносные гранитные пегматиты обычно залегают в роговообманково-биотитовых гранитах, протягиваясь в виде узкой полосы вдоль контакта их с основными породами.
Значительное развитие имеют также пегматоидные и блоковые зоны, состоящие из кварца, микроклина с выделениями топаза, циннвальдита и вкрапленностью монацита, циркона. Полевошпатовая и кварцевая зоны развиты только местами, первая — в нижних частях пегматитовых тел, вторая — над занорышевыми полостями.
В пегматитах распространены также прожилково-кварцевые структуры замещения, друзовые и полостные (миароловые) структуры растворения. Местами наблюдается развитие альбитизации и грейзенизации. Кварцевое ядро нередко представлено двумя и более обособлениями с неровными очертаниями.
Занорышевые полости представляют собой специфические зоны пегматитовых тел. Форма занорышей повторяет форму тел, объем составляет от 0,01 до 0,1 объема последних. Число занорышей может быть разным, но обычно наблюдается один, сопровождаемый мелкими миаролами и располагающийся под кварцевым ядром. Характерны землистые текстуры заполнения, друзовые, структуры обрушения и растворения, отображающие сложный процесс формирования полостей.
Минеральный состав и парагенетические ассоциации минералов.
Ведущим породообразующим минералом и ценным полезным ископаемым описываемых пегматитов является кварц. Выделено семь его генераций, определяющих различные стадии развития пегматитов. Кварц I (-кварц) — микрозерна различной формы серого, дымчатого, черного оттенков в аплитовых зонах. Они содержат раскристаллизованные кварц-полевошпатовые включения и вторичные включения с температурой гомогенизации (в дальнейшем Т2°), равной 750—900 °С.
Кварц II (-кварц) — ихтиоглипты удлиненной формы с клиновидными сечениями, лучистые агрегаты в графических зонах. Содержат раскристаллизованные первичные включения.
Кварц III ( и -кварц) в апографических участках. Выделения разнообразной формы (прожилковые, изометричные и т.д.), с вторичными включениями (Т2 = 300 – 500 С).
Кварц IV (-кварц) в пегматоидных и полевошпатовых зонах. Изометричные, часто идиоморфные выделения, блоки. Содержат первичные включения, гомогенезирующиеся в газовую фазу (Т2 = 650-720 С).
Кварц V (-кварц) в кварцевой зоне. Блоковые выделения и мелкозернистые скопления с первичными включениями (Т2 = 600 – 650 С).
Кварц VI (-кварц) на контактах между полевошпатовой и кварцевой зонами, в прожилках по спайности калиевого полевого шпата. Ассоциируется с альбитом, содержит вторичные включения (Т2 = 300 – 400 С).
Кварц VII (-кварц) образует кристаллы в занорышах. Содержит включение как первичные (Т2 = 240 – 400 С), так и вторичные (Т2 = 210 – 320 С).
Серый и молочно-белый кварц – главная составная часть графической, пегматоидной, блоковой зон и кварцевого ядра. Также встречаются желтая и бурая окраски кварца, которые вызваны тонкорассеянными примесями окислов и гидроокислов железа.
Более сложна природа окраски дымчатых разностей кварца. Она бывает различных оттенков – от едва заметных дымчатых через дымчато-бурый до темно-дымчатых, почти черных. Интенсивно окрашенные кристаллы (морион) слабо прозрачны и обладают относительно высокой отражательной способностью. Кварц с дымчатой окраской встречается во всех зонах пегматитов, но распределен крайне неравномерно.
Наряду с кварцем полевые шпаты – наиболее распространенные минералы пегматитов. Они представлены калий-натриевыми разновидностями с небольшой примесью кальция и встречаются во всех зонах, где образуют зернистые и блоковые выделения, кристаллы и друзовые сростки.
Калиевые полевые шпаты образуют зерна, блоки и имеют разнообразные оттенки – белые, серые, желтые, изменяющиеся от светлых до темных тонов. Калиевый полевой шпат из первичных зон пегматита является решетчатым упорядоченным максимальным микроклин-микропертитом с пертитами распада и замещения. Для зон, измененных постмагматическим растворами, характерен нерешетчатый, неупорядоченный промежуточный триклинный ортоклаз-микроклин. Такой же калиевый полевой шпат в гранитах, но вблизи пегматитовых тел он приобретает большую степень упорядочения, являясь крипто-решетчатым микроклин-пертитом. Типохимической особенностью калиевых полевых шпатов является уменьшение содержания TiO2, (Fe2O3+FeO) и CaOпри переходе от гранитов к центральным зонам пегматитов.
Плагиоклазы представлены кислыми разностями:
1. олигоклазом № 16 – 26 (в аплитовых зонах)
2. альбит-олигоклазом № 8 – 12 и альбитом I № 6 – 8, образующими пертиты распада в калиевом полевом шпате (в графической и пегматоидной зонах)
3. альбитом II № 0 – 7, образующим многочисленные пертиты замещения (полевошпатовые зоны)
4. альбит III, в виде кристаллов и различных агрегатов в занорышах.
Слюды представлены, в основном, биотитом, литиевым биотитом и мусковитом, циннвальдитом. При переходе от гранитов к аплитовым и графическим зонам у биотитов уменьшаются показатель преломления и содержание железа, возрастает роль фтора и лития. Циннвальдит представлен двумя генерациями: первая – чешуйчатый, в пегматоидной и полевошпатовой зонах, вторая – псевдогесагональные кристаллы в занорышах.
Исходя из морфологии кристаллов среди слюд можно выделить два основных типа:
1. Кристаллы пластинчатого облика и пинакоидального габитуса. Они наиболее характерны для графической зоны и занорышеной области.
2. Кристаллы столбчатого (боченковидного) облика и пирамидального (призматического) габитуса, установленные в пустотах зон и в кварцевом ядре.
Топаз образует две генерации: первую – раннюю – в пегматоидных и полевошпатовых зонах в виде бесцветных пластинчатых кристаллов, вторую – позднюю – в занорышах, представленную разными морфологическими типами зонально-окрашенных кристаллов с хорошо развитыми гранями пинакоида, призмы, дипирамиды. Цвет бывает розовый, голубой и желтый. Размеры топаза различны. В пегматоидной, графической и полевошпатовой зонах минерал образует сравнительно небольшие кристаллы (до 5-9 см). Крупные выделения топаза в занорышах, например, самый крупный кристалл топаза из пегматитов Волыни весил 117 кг.
Берилл – широко распространенный в камерных пегматитах минерал. Обычно кристаллы находятся в занорышевой области. Кристаллы окрашены в зеленоватые тона с желтоватым оттенком различной густоты, редко встречаются индивиды аквамаринового цвета. Облик кристаллов обычно столбчатый или копьевидный.
Флюорит. В пегматитах выделяются три генерации флюорита:
1. Октаэдрические кристаллы зеленого цвета, встречающиеся преимущественно в околозанорышевой области, реже – в пегматоидной зоне.
2. Кубические кристаллы фиолетового цвета в зоне выщелачивания
3. Темно-фиолетовые, почти черные мелкозернистые и землистые агрегаты, находятся в пустотах различных зон, наименее распространенная генерация.
Размер кристаллов не превышает 6-8 см.
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
РЕФЕРАТ Курсовая работа состоит из 24с. 7рисунков, 1 таблицу 15 источников.
ПЕГМАТИТ, ОРТОКЛАЗ, КВАРЦ ОСОБЕННОСТИ, ТИП, ЧЕРТЫ, ЗАКОНАМЕРНОСТЬ, ОБРАЗОВАНИЕ РАССЛАНЦОВАННОСТЬ.
Цель данной работы заключается в рассмотрении и классификации пегматитов, изучении условий их образования, минеральный состав, выявление структурно - текстурных особенностей породы.
. Условия образования, характерные особенности
.1 Характерные особенности
. Минеральный состав, внутренние строение и типы пегматитов
.1 Общая классификация пегматитов
.2 Пегматиты Малханского поля
. Структурно - текстурные особенности пород
.1 Структурные закономерности
.2 Пегматиты Чупино-Лоухского района
.3 Структурно- петрофизические исследования
Библиографический список ВВЕДЕНИЕ ПЕГМАТИТ (от греч. pegma, род. пад. pegmatos - скрепление, связь * а. pegmatite; н. Pegmatit; ф. pegmatite; и. pegmatite) - изверженная, преимущественно жильная горная порода, имеющая обычно анхиэвтектический состав, близкий к составу поздних дифференциатов магматических комплексов или анатектических выплавок.
Термин "пегматит" введён французским учёным Р. Ж. Аюи (1801) для обозначения породы, ныне известной как "письменный гранит", "графический пегматит", "еврейский камень", характеризующейся тесным закономерным срастанием кварца с полевым шпатом (собственно пегматитовой структурой). В геологии значение термина "пегматит" распространилось и на геологические тела, в которых устанавливаются структурно-текстурные признаки, впервые описанные для гранитных пегматитов. Некоторые пегматиты содержат наряду с главными минералами (общими для пегматитов и материнских пород) минералы редких элементов: Li, Rb, Cs, Be, Mb, Ta, Zr, Hf, Th, U, Sc и др. Пегматиты формируются в условиях умеренных и значительных глубин, в широком температурном диапазоне (примерно от 650-700° до 250-200°С), отвечающем концу магматического - началу гидротермального процесса, при высокой активности летучих компонентов- минерализаторов (воды, фтора и др.). 1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ, ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ Пегматитами обычно называют жилы крупно - или гигантозернистого строения, сложенные теми же минералами, что и горные породы, с которыми пегматиты связаны по своему происхождению. В природе наиболее распространены гранитные пегматиты, они состоят из полевых шпатов (микроклина, ортоклаза, плагиоклазов), кварца, в качестве второстепенного минерала обычны слюды (мусковит и биотит), т.е. по валовому минеральному составу эти пегматиты соответствуют гранитам. Значительно менее распространены сиенит - пегматиты, нефелин-сиенитовые пегматиты, ийолит - пегматиты, габбро-пегматиты.
Образование пегматитов тесно связано с магматическими процессами, но все они несут на себе явственные следы интенсивных постмагматических преобразований. Соотношение и роль этих процессов при образовании пегматитов трактуются по-разному [15].
Гранитные пегматиты встречаются среди гранитов и других горных пород в виде жил (рисунок 1) и линз размером от 0,5 до 20 м по мощности и от 10 до 300 м в длину. В качестве самого простого определения можно было бы сказать, что пегматиты - это жилы крупно - или гигантозернистых гранитов. Но это определение неполное, так как состав пегматитов более сложен, а в
Похожие работы
2014-2022 © "РефератКо"
электронная библиотека студента.
Банк рефератов, все рефераты скачать бесплатно и без регистрации.
"РефератКо" - электронная библиотека учебных, творческих и аналитических работ, банк рефератов. Огромная база из более 766 000 рефератов. Кроме рефератов есть ещё много дипломов, курсовых работ, лекций, методичек, резюме, сочинений, учебников и много других учебных и научных работ. На сайте не нужна регистрация или плата за доступ. Всё содержимое библиотеки полностью доступно для скачивания анонимному пользователю
Пегматиты — это горные породы с характерной крупнозернистой структурой, которые одни геологи считают магматическими, а другие — метасоматическими, то есть образовавшимися в результате взаимодействия газово-жидких растворов с вмещающими породами. Нередко в них находят огромные правильные кристаллы, в том числе — драгоценные камни. Долгое время оставалось загадкой, как в пегматитах вырастают кристаллы, достигающие нескольких десятков сантиметров в длину, и сколько времени занимает этот процесс. Американским геологам удалось ответить на эти вопросы. Тщательный анализ примесей в кристаллах кварца из пегматитов дайки Стюарт показал, что через некоторое время после формирования кристаллического ядра скорость кристаллизации возрастает примерно в 10 000 раз — до 10–100 мкм/с. Предлагаемый механизм такого ускорения кристаллизации требует, чтобы в зоне роста кристаллов поддерживался определенный температурный режим, происходил адвективный перенос вещества, а течение флюидов было турбулентным. Моделирование показало, что все эти условия вполне могут сохраняться в течение нескольких часов, за которые кристаллы вырастают на десятки сантиметров.
Пегматиты — весьма своеобразные горные породы. Есть пегматиты, которые по химическому составу близки к кислым магматическим породам с высоким содержанием кремнезема (SiO2), — их называют гранитными пегматитами. Другие разновидности пегматитов — дунит-пегматиты, габбро-пегматиты, пироксенит-пегматиты, сиенит-пегматиты — по составу очень похожи на соответствующие интрузивные аналоги, но отличаются от них очень крупными размерами кристаллов и формой залегания в виде жильных тел, заполняющих трещины и полости.
Геологи до сих пор спорят о происхождении этих удивительных пород, которые часто вмещают промышленные скопления минералов тантала, ниобия, лития и прочих крайне востребованных редких металлов, а также многих драгоценных камней — аквамарина, изумруда, александрита, граната, циркона, топаза, турмалина и других.
Одни исследователи считают пегматиты чисто магматическими образованиями — продуктом кристаллизации особого остаточного пегматитового расплава, формирующегося на самых завершающих стадиях эволюции магматических очагов и отличающегося от основного расплава высоким содержанием летучих компонентов. Такой точки зрения придерживался академик А. Е. Ферсман. Другие, вслед за академиком А. Н. Заварицким, относят пегматиты к метасоматическим породам, образующимся при взаимодействии газово-жидких растворов с вмещающими толщами. Большинство американских геологов придерживаются гипотезы комбинированного образования, согласно которой на первом этапе из расплава образуются так называемые простые пегматиты, которые затем подвергаются метасоматической переработке растворами, поступающими из магматического очага.
Главная загадка пегматитов — огромный размер их кристаллов, которые нередко достигают нескольких десятков сантиметров и даже метров. Так, на руднике Этта в Южной Дакоте был найден кристалл сподумена длиной 12,8 метров и весом около 37 тонн.
Геологи считают, что если им удастся понять, как быстро растут кристаллы в пегматитах, они ответят на вопрос и об образовании самих пород. Дело в том, что в магматических породах размер кристаллов зависит от времени охлаждения: чем медленнее остывает расплав, тем крупнее кристаллы. Излившаяся на поверхность магма застывает в виде чрезвычайно мелкозернистых, иногда стекловидных пород, а для образования кристаллов сантиметрового размера необходимо медленное охлаждение на глубине, продолжающееся десятки тысяч лет.
Форма тел пегматитов, образующих жилы и дайки, свидетельствуют о том, что эти породы кристаллизуются очень быстро. Результаты теплового моделирования, выполненного для даек южной Калифорнии (K. Webber et al., 1999. Cooling rates and crystallization dynamics of shallow level pegmatite-aplite dikes, San Diego County, California), показало, что охлаждение пегматитов с 650 до 550 °C — температурного диапазона, в котором сформировались все их минералы, произошло всего за 9 лет. И за это время в них успели вырасти кристаллы турмалина, достигающие десятков сантиметров в длину (рис. 2).
Рис. 2. Кристалл полихромного турмалина в кварцевом пегматите из рудника Стюарт. Изображение с сайта news.rice.edu
Американские ученые из Университета Райса в Хьюстоне и Калифорнийского университета в Риверсайде решили для выяснения скорости роста кристаллов кварца в пегматитах использовать микроэлементы — примеси, которые не входят в химический состав кварца.
Исследователи изучили кристаллы кварца из литиевого месторождения Стюарт в районе Пала в южной Калифорнии. Здесь пегматиты мелового возраста встречаются в виде даек в интрузиях габбро того же возраста. Самая крупная дайка Стюарт имеет мощность 50 м. Края ее сложены гранитом с большим количеством полевого шпата, дальше следует зона пертита (калиевого полевого шпата с закономерно ориентированными вростками альбита), а в центре — крупнокристаллическая зона пегматита со сподуменом, лепидолитом, гейландитом, петалитом и альбитом. От центрального ядра к краям отходят вертикальные трубчатые тела (миаролы) крупнозернистых пегматитов (рис. 3).
Рис. 3. Схема строения пегматитовой дайки Стюарт. Сверху вниз зоны: габбро, измененное габбро, верхняя контактовая зона, верхняя промежуточная зона, пертитовая зона с миаролами, ядерная зона, нижняя промежуточная зона, нижняя контактовая зона, измененное габбро, габбро. Минералы, обозначенные символами: лепидолит, мусковит, шерл (черный турмалин), эльбаит, сподумен, петалит, литиофилит, кварц. Слева внизу для масштаба изображена фигурка человека ростом 2 м. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Миаролы содержат большое количество крупных кристаллов турмалина, заключенных в более мелкозернистую матрицу из альбита, кварца и лепидолита. Контакты миарол с внешними зонами дайки резкие, секущие, что говорит о том, что миароловые полости заполнялись флюидами (газово-жидкими растворами) на поздней стадии образования пегматитов, когда внешние зоны уже были затвердевшими, и находящиеся под давлением флюиды проникали по трещинам в них.
Для исследования ученые взяли кварц — минерал, составляющий основную матрицу миароловых тел. Кристаллы его, имеющие размер от нескольких до 10 см, — прозрачные и идиоморфные (завершенные с двух сторон). Это свидетельствует о том, что кварц кристаллизовался внутри газово-жидкого раствора, а не рос на стенках полости.
Авторы изучили распределение элементов-примесей в кристаллах методом холодной катодолюминесцентной микроскопии (см. Cathodoluminescence microscope). Суть его заключается в том, что дефекты в кристаллической решетке фиксируются по люминесценции в видимой области спектра, индуцированной высокоэнергетическими электронами, испускаемыми из холодного катода. Как правило, дефекты связаны с заменой элементов в узлах решетки, а изменение цвета люминесценции позволяет судить о концентрациях микроэлементов.
Количественный состав микропримесей определялся методом лазерной абляции, совмещенной с масс-спектрометрией с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) (рис. 4).
Рис. 4. Катодолюминесцентное изображение кристалла кварца и распределение германия, лития, алюминия и титана по геохимическому микропрофилю А–А'. Три зоны разного цвета (от центра к краям) — белая, оранжевая и фиолетовая — это участки с различными концентрациями основных элементов-примесей. На контакте между белым ядром и оранжевой средней зоной наблюдается заметное уменьшение содержания германия и увеличение содержания алюминия и лития. По вертикали указана концентрация веществ (в ppm); по горизонтали — расстояние вдоль профиля (в мкм). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Исследователи рассматривают резкие переходы между зонами в кристаллах кварца, различающиеся по составу примесей, как свидетельство внезапных изменений скорости роста, а концентрацию титана — в качестве геотермометра, так как содержание примеси титана в кварце указывает на температуру его образования. Нижний график на рис. 4 показывает, что температура в течение всей кристаллизации находилась в пределах 460–540 °C.
Традиционно быстрый рост кристаллов в пегматитах объясняют обилием свободной жидкой фазы, так как коэффициент диффузии в жидкостях выше, чем в силикатных расплавах. Но, как отмечают авторы, одного увеличения коэффициента диффузии недостаточно, поскольку его максимальные значения для катионов в воде при повышенных температурах все равно не превышают 10 −8 м 2 /с, а в обогащенных водой силикатных расплавах они еще ниже — 5×10 −12 м 2 /с для лития, 3×10 −23 м 2 /с для алюминия и 10 −32 м 2 /с для германия.
При таких скоростях диффузии для достижения наблюдаемого градиента содержания алюминия потребуется около 2 млн лет, что явно не согласуется со скоростью образования пегматитов. К тому же, при диффузии профили распределения должны быть плавными, а не меняться скачками.
По мнению ученых, для описания механизма переноса вещества в пегматитах больше подходит не уравнение чистой диффузии, а уравнение диффузии с адвекцией (convection–diffusion equation), используемое для физических явлений, в которых вещество и энергия передаются внутри системы за счет двух процессов — диффузии и адвекции (advection). Адвекция — это перенос посредством объемного движения, например, как в жидкости.
Для объяснения зональности распределения примесей в кварце авторы предложили следующее объяснение: изначально кристалл рос в стационарных условиях (белая область ядра на рис. 4), но затем испытал внезапное изменение скорости роста (при переходе от белого к оранжевому).
Ученые построили теоретические профили изменения концентрации элементов-примесей при таком сценарии и наложили их на графики, полученные эмпирическим путем (рис. 5).
Рис. 5. Сравнение теоретических (цветные линии для разных вариантов скорости роста) и эмпирических (серая линия, соединяющая кружочки) графиков распределения германия и алюминия по зонам роста кристалла кварца (цветные полоски в верхних частях диаграмм аналогичны цветам на рис. 4). По вертикали — содержание (в ppm), по горизонтали — расстояние (в мкм). Ri — начальная скорость роста; Rf — конечная скорость роста, в м/с. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Из построенной авторами математической модели, преобразующей геохимические профили в скорости, следует, что начальная скорость роста кристалла кварца была порядка 10–100 мм/день (10 −7 –10 −6 м/с) в белой области ядра, а конечная — примерно в 100 раз больше: 1–10 м/день (10 −5 –10 −4 м/с) в оранжевой зоне. То есть, белое ядро выросло примерно за 3 часа, а промежуточная оранжевая зона — менее, чем за 4 минуты (рис. 6).
Рис. 6. Скорость (по вертикали) и время (по горизонтали) образования зонального кристалла кварца. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Оценить скорость роста внешней фиолетовой зоны авторы не смогли, так как там, по их мнению, никогда не наступало химического равновесия, а значит, стандартные уравнения к ней не применимы.
Получается, что при всех допущениях, кристалл кварца размером немного более двух сантиметров по длинной оси и около одного сантиметра в поперечнике образовался в пегматитах за считаные часы. Учитывая, что на поздних стадиях скорость роста резко возрастает, гигантским кристаллам в десятки сантиметров, видимо, требуется не многим больше времени.
Первоначально в трещину во вмещающих габбро внедрилась водосиликатная магма, образовавшая пегматитовую дайку. Верхние и нижние зоны дайки кристаллизовались постепенно по мере контактового охлаждения с уже затвердевшим габбро. В центральной части дайки в это время концентрировался остаточный силикатный расплав, обогащенный летучими компонентами и газово-жидкими флюидами. Распад флюидов с образованием газовой фазы создавал избыточное давление. Это стало причиной разрывов и появления миароловых труб и полостей в верхней зоне дайки. Декомпрессия, возникающая при разрывах, приводила к пересыщению остаточных растворов, что вызывало быстрый рост кристаллов в центральной части пегматитового тела.
Именно с образованием разрывов и скачками давления, по мнению авторов, связаны наблюдаемые резкие изменения темпов роста кристаллов. Поступление растворов в образовавшиеся при разрывах миароловые пустоты сопровождалось турбулентностью, которая значительно увеличивала скорость кристаллизации, позволяя гигантским пегматитовым кристаллам вырастать в течение нескольких часов.
Авторы отмечают, что полученные ими расчетные значения скорости роста отражают процессы, происходящие в миароловых пустотах, где и находят самые большие кристаллы, и не применимы к кристаллизации в других частях пегматитов.
Источник: Patrick R. Phelps, Cin-Ty A. Lee, Douglas M. Morton. Episodes of fast crystal growth in pegmatites // Nature Communications. 2020. DOI: 10.1038/s41467-020-18806-w.
Читайте также: