Свойства и состав магматических пород

Геохимическая классификация элементов была выполнена А.Е. Ферсманом для магматических и гидротермальных условий по их участию в процессах:

1. Элементы кислых магм и пневматолитов – Si, Al, H, He, Li, K, Rb, Cs, Be, Ra, B, Ac, Hf, Th, Bi, Ta, Po, O, Mo, W, U, F, Ru, частично Ge, Sn, Pb, P, Zr, Nb.

2. Сульфидных месторождений – Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, As, Sb, S, Se, Te, частично Au, Ge, Sn, Pb, Re.

3. Средних магм: Na, Ca, Sr, Ba, C, Mn, Al, Si, P.

4. Основных и ультраосновных магм: Mg, Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Ru, Pd, Os, In, Pt.

Геохимическая классификация А.И. Перельмана (1989):

Ультраосновные породы или гипербазиты (ультрамафиты, ультрабазиты). Генезис пород связан с верхней мантией. Потенциал кислорода низок в ультраосновных расплавах. Содержат углеводородные флюиды, обнаружены Н₂, недоокисленные формы Ti³⁺, Cr²⁺, C, что указывает на восстановительные условия. Магма и минералы из нее недонасыщены Н₂О (оливин, пироксен), резко повышено содержание Mg – 25%, Cr – 0,2, Ni – 0,2, понижено Si – 19, низкое – Al – 0,45, Na – 0,57, K – 0,03, Ti – 0,03. В ультрабазитах преобладают Mg и Fe, в пикритах, кимберлитах и пироксенитах – Mg, Fe, Ca, повышено содержание щелочных металлов и других элементов (Na, K, Li, B, C, Rb, Sr, P, Ti, Zr, Nb, Cs, Ba, Ta, Pb, U, Th). С ультраосновными породами связаны месторождения хромита, платины, титаномагнетита, алмаза (в кимберлитовых трубках взрыва) (рис. 10).

Основные породы или базиты (мафиты – базальты, габбро и др.). Происхождение основной магмы связывают с выплавлением из мантии. Для нее характерна концентрация Ni, Cr, Co, Mg, Mn, что близко по содержанию к ультраосновной магме. Специфичны Sc, Ca, V, Cu, Ti, Sb, F, P, Zn, Cd, мало встречается Be, Ta, U, Tl, Th,Cs, Cl, Rb, K,B. Однако основные геохимические типы базальтоидов отличаются по химическому составу, что видно из величины коэффициента (табл.).

Таблица 11 - Геохимические типы базальтоидов (Л.В. Таусон)

Геохими-ческие типы	Na	K	Rb	Ba	Sr	Ni	Co	V	Cr
%	г/т
Толеитовый	2,0	0,2								0,2
Андези-товый	2,7	1,3								2,8
Латитовый	2,7	2,5								10,5

Средние породы или мезиты содержат 53 – 64% SiO₂. Представлены ассоциацией роговой обманки (частично биотита), средних плагиоклазов, образующих диориты и сочетания роговой обманки, пироксена, калиевого полевого шпата в составе сиенита.

Содержание Al₂O₃ в диоритах 16 – 17%, FeО + Fe₂O₃ 9 – 10, Mg 4,5 – 6,0, CaO 8 – 8,5, K₂O + Na₂O до 5%.

Химический состав сиенитов следующий: SiO₂ 52 – 65%, Al₂O₃ 12 – 18, содержание щелочей повышенное – Na₂O + K₂O 10 – 15, FeO + Fe₂O₃ 4– 5, CaO 2 – 4, MgO 1 – 2% (см. рис. 10).

Средние магмы занимают небольшой объем от общего объема магмы.

Кислые породы или ацидиты (граниты, гранитоиды и др.) с содержанием SiO₂ более 64 %. Гранитоиды относятся к полигенетическим породам. Магма кислых пород формируется за счет "былых биосфер" (В.И. Вернадский), дифференциации основных или средних магм, путем "гранитизации" (Д.С. Коржинский). По Ф.А. Летникову, трансмагматические растворы гранитизируют гнейсы.

Однако, как бы ни образовались кислые породы, к какому геохимическому типу ни относились, они имеют ряд общих геохимических черт. В отличие от пород протокристаллизации в кислых породах накапливаются нечетные элементы, ионы с валентностью I и III (Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Cl^–, F^–, Al³⁺ и др.). Характерны большие радиусы ионов, низкие энергии решеток минералов. Минералы гранитоидов имеют низкую изоморфную емкость, содержат меньше примесей, чем минералы основных пород.

По В.В. Ляховичу, носителем и концентратором большинства редких и рудных элементов в гранитоидах является биотит, кислые плагиоклазы. Биотит помогает выяснить генезис гранитоидов. В них редкие элементы изоморфно входят в решетки главных минералов и образуют включения собственных минералов (U, Th, Tr, Zn, Ti, Fe, Sn и др.). Олово в биотите может изоморфно замещать Fe, Ti. Во многих гранитоидах повышено содержание рудных элементов, поэтому они получили название редкометалльных, оловоносных, вольфрамоносных и т.д. Граниты местами обогащаются Pb, Ni, Co, V, Zn, F, Se, Cr, Ti, Zr, Y, Yb, Sn, Mo, Ga, Li, Rb, Cs.

Л.В. Таусон при оценке потенциальной рудоносности гранитоидов основное значение придает особенностям эманационной дифференциации элементов.

Щелочные породы имеют высокое содержание Na₂O + K₂O, а по содержанию SiO₂ могут быть от кислых до ультраосновных (с преобладанием SiO₂ 53 – 64%).

Если Na₂O + K₂O больше или равно Al₂O₃, то образуются породы агпаитового ряда, если меньше Al₂O₃ – миаскитового ряда с малым содержанием полезных ископаемых.

В щелочной магме содержание Na и K достигает 15% против 5 – 7% в базальтах. Количество SiO₂ понижено, могут отсутствовать кварц, полевые шпаты, основные породы нефелинового ряда. По содержанию SiO₂ одни щелочные породы относятся к ультраосновным, другие – к основным и средним. В них могут концентрироваться Li, Rb, Сs, Сa, Sr, Ti, Zr, Hf, Th,. Nb, Ta, U, Ga, Tl, P, F, Cl.

В некоторых видах щелочной магмы господствует окислительная или восстановительная обстановки. Амфотерные элементы образуют комплексные анионы с большим радиусом и пониженной энергией кристаллической решетки, поэтому кристаллизация начинается с бесцветных минералов и заканчивается цветными, что противоположно порядку кристаллизации других магм. В щелочных магмах высокая концентрация летучих F, Cl, CO₂, S, P и др., а также они дают большое разнообразие минералов (в Ловозерском массиве около 300). Главные минералы – нефелин, пироксен, апатит, полевые шпаты – содержат изоморфные редкие элементы (Sr, РЗЭ, Rb, Cs, Gа, Nb, Ta). Щелочные породы относятся к полигенетическим.

С щелочными породами генетически связаны карбонатиты – карбонатные породы состоящие из кальцита, доломита и анкерита. Их обнаружили в Восточной и Центральной Африке. Иногда они занимают жерла вулканов. Такой расплав формируется при насыщение его CO₂ и щелочами.

Карбонатные породы – продукт кристаллизации недонасыщенного кремнеземом расплава очень богатого летучими компонентами (CO₂, P₂O₅, F, H₂O). Самостоятельная карбонатная магма обнаружена в Центральной Африке. Она обогащена элементами карбонатного ряда: Ca, Mg, Sr, Ba. Условия слабощелочные, слабоокислительные.