Кристаллизация магмы

Процесс формирования изверженных пород состоит из ряда этапов, среди которых главные:

· зарождение и развитие очагов магмы;

· перемещение магмы к поверхности;

· кристаллизация перемещенной и исходной магмы при понижении температуры с образованием изверженных пород.

Не существует пока единой точки зрения на процесс формирования изверженных пород. Численно и аналитически исследуются лишь различные этапы процесса. В этом отношении справедливо положение Н.А. Солодова (1997), сформулированное относительно образования пород и минеральных видов: для каждого вида материи на своем уровне организации характерны определенная форма, размеры и химический состав. Это положение относится к рудным телам. Для одного и того же парагенетического типа рудного тела характерны определенные формы, размеры, условия залегания и постоянство набора промышленно ценных минералов, уровня их содержания и запасов. Например, среднее содержание ниобия (Nb₂O₅) в редкометалльных гранитах щелочнозамещаемого ряда составляет не более 0,02%, в щелочных редкометалльных гранитах – 0,3, в карбонатитах щелочно-ультраосновных массивов – 0,8, в гидротермально-перемытых корах – до 10% и более. Исходя из этого положения, можно намечать условия образования самых крупных и богатых магматических месторождений оксифильных редких металлов и др. Ведь каждый оксифильный металл может образовывать до 20 типов месторождений. О зарождении и развитии магмы приведена информация в начале главы. Рассмотрим более детально процесс кристаллизации магмы и его результаты.

Первый геохимический этап в истории эволюции атома – процесс дифференциации и кристаллизации магмы. Основы заложены трудами Боуэна, Гольдшмидта, Ниггли, Фогта и др. Показано, что при кристаллизации расплава минералы выделяются в определенной последовательности.

В кристаллизационной стадии дифференциации магмы идет образование трех самостоятельных комплексов: твердого остатка породы, остаточного расплава и ряда погонов – дистиллятов. Все три комплекса остывают. Образуется твердый агрегат. Остаточный расплав превращается в пегматитовый расплав, а дистилляты – в пневматолиты, которые при охлаждении дают горячие водные растворы и их осадки – гидротермалиты. В пегматитах собирается ряд металлов и металлоидов на основе Al, Si, K, Na, а в пневматолитах и гидротермалитах –металлы.

По Боуэну, кристаллизация расплава начинается с образования наиболее тугоплавких, богатых Mg и Fe (фемических) силикатов. По мере снижения температуры к ним присоединяются Ca – Mg силикаты и алюмосиликаты Ca, Na, K (салические алюмосиликаты). Минералы более поздней кристаллизации более кислые и богатые кремнеземом. В кристаллизации магмы выделяют следующие последовательные этапы: протокристаллизация, главная и остаточная кристаллизация.

Протокристаллизация – образование наиболее ранних продуктов кристаллизации из расплава, флюида или раствора. Происходит образование темных и устойчивых минералов с накоплением элементов типа железа (Fe, Cr, Ni).

В период главной кристаллизации выделяются распространенные силикаты (плагиоклазы, слюды, амфиболы, K-полевые шпаты); развито явление пертитизации, т.е. взаимного перерастания K- и Na-полевых шпатов; протекает процесс изоморфизма в минералах.

Остаточная кристаллизация приводит к формированию магмы, обогащенной редкими элементами и летучими компонентами. При остывании продуктов остаточного расплава образуются крупнокристаллические породы, иногда сильноминерализованные, которые называют пегматитами. Наиболее широко распространены гранитные пегматиты с температурой кристаллизации 700 – 850ºС. Минерализованные пегматиты могут удерживать наиболее крупные минералы известные в природе: сподумен длиной до 14 м, биотит площадью 7 м², микроклин и ортоклаз до 100 т, берилл до 18 т, кварц – до 14 т, циркон – до 6 кг.

Магматическое минералообразование сопровождают следующие процессы:

Кристаллизационная дифференциация – неоднократное отделение все более поздних и более кислых продуктов от более ранних. В результате можно получить ряд дифференциатов (дериватов) от ультраосновных до средних. Геохимические данные остаются неизменными даже в расплаве и свидетельствуют об их родственном образовании (изотопные отношения некоторых элементов).

Гравитационная дифференциация определяется по вязкости магмы. Более основные магмы имеют вязкость ниже, чем кислые. При прочих равных условиях, продукты гравитационной дифференциации более характерны для ультраосновных, основных и средних щелочных магм.

Ликвационная дифференциация – разжижение, разделение единого расплава на две несмешивающиеся жидкости, если исходная магма богата S, P и летучими компонентами. Например, разделение сульфидного и силикатного расплава. Из-за разности их свойств их дальнейшая дифференциация может вызвать явление гравитационной дифференциации. Сульфиды как тяжелые соединения, могут осаждаться и формировать рудную залежь.

Ассимиляция и контаминация. При внедрении магмы во вмещающие породы происходит поглощение и растворение обломков этих пород в магматическом расплаве, т.е. ассимиляция. Если ассимилировано большое количество породы, заметно отличающейся по химическому составу от расплава, происходит его "загрязнение", т.е. контаминация. Например, ассимиляция магмой известняков, но контаминация магмы известняками. Эти явления впоследствии при кристаллизации расплава будут сказываться на составе минералов, характере парагенной ассоциации. Например, известняки будут формировать не кислый плагиоклаз, а основной.

Десиликация – внедрение расплава богатого кремнеземом в породы бедные кремнеземом (известняки, ультраосновные породы) и извлечение SiO₂ из расплава за счет связывания его Mg, Ca, Fe вмещающих пород. Это обедняет расплав SiO₂, в избытке появляется Al₂O₃, который выделяется с образованием корунда.

Автометаморфизм (самоизменение, самопревращение) – воздействие на продукты магматической кристаллизации более поздних (остаточных) порций расплава той же магмы или обособившихся из этой магмы летучих компонентов без приноса извне. Например, реакция оливина с раплавом с образованием пироксена; серпентинизация ультраосновных пород за счет ранее растворенной в магме и обособившейся воды. С этим процессом связывают формирование месторождений серпентин-асбеста и талька. Следует иметь в виду, что серпентин бывает также первично магматическим минералом в кимберлитах.

Таким образом, процессы, которые сопровождают магматическое минералообразование, участвуют в формировании промышленно важных минералов и их месторождений:

· Месторождения, связанные с ультраосновными породами – алмазы в кимберлитах и перидотитах; хромиты в дунитах; платина и платиноиды в хромитоносных дунитах.

· Месторождения, связанные с основными породами – ильменит–титано­магнетит; Cu – Ni – сульфидные ликвационно-магматические; платина и палладий.

· Месторождения, связанные со щелочными, ультраосновными, щелочными породами и карбонатитами – апатит; комплексные (магнетит, слюда-флагопит); аппатит, а также минерализация на Tr, Nb, Ta, Zr, Ti, U – карбонатиты.

· Месторождения отдельных строительных и облицовочных материалов (туф, лабрадориты и др.).