Магматический этап минералообразования (магматические минеральные месторождения)
К магматическим минеральным месторождениям относятся, прежде всего, сами магматические горные породы как естественные, закономерно образовавшиеся скопления минералов. При остывании магмы минералы выделяются из нее в последовательности, определяемой физико-химическими законами кристаллизации многофазных расплавов сложного состава. Их кристаллизация в глубинных условиях происходит при температурах около 1300–700º С, а излившихся лав – при 1200–1000º С. Состав образующейся горной породы зависит от исходного химического состава магмы, в первую очередь от содержания SiO2. В целом, при магматическом минералообразовании возникает сравнительно небольшое число главных минералов, что определяется некоторыми особенностями магм – это около десяти силикатов (оливин, пироксен, роговая обманка, биотит, микроклин, ортоклаз, плагиоклазы, нефелин и др.) и кварц.
Кристаллы минералов, образующихся первыми, растут в магме в свободных условиях и поэтому часто обладают совершенной огранкой. Кристаллы силикатов имеют плотность, близкую к плотности расплава и т. к. расплав вязкий, то находятся во взвешенном состоянии и очень медленно оседают. В некоторых магмах на ранних стадиях их кристаллизации выпадают такие высокоплотные минералы, как силикаты магния и железа, рудные минералы – оксиды хрома и железа (хромит и др.), самородные платиноиды. Под действием силы тяжести они могут оседать и накапливаться в придонных частях магматических очагов, образуя рудные залежи. Такое явление называется дифференциацией магмы.
Тяжелые металлы (Sn, W, Mo, Au, Ag, Pb, Zn, Cu и др.), присутствующие в магме в незначительных количествах, образуют с летучими компонентами (H2O, CO2, S, F2, Cl2 и др.) легкорастворимые соединения и по мере кристаллизации магмы концентрируются в верхних частях магматических очагов.
По мере раскристаллизации магмы остается все меньше возможностей для свободного роста кристаллов. Более поздние минералы выделяются из нее в виде полуограненных и неправильных зерен, заполняющих промежутки между более ранними минералами. Так постепенно формируется главный объем породы. В остающихся порциях еще не застывшей магмы (остаточных расплавах) могут значительно возрасти концентрации некоторых летучих (H2O, CO2, F2, Cl2 и др.) и некоторых малых компонентов: Cr, Fe, Ti, Ni – в магмах ультраосновного и основного состава; Nb, Ta, Sn, W, Mo – в магмах кислого состава; Zr, P, TR – в щелочных магмах. За счет этих компонентов образуются позднемагматические руды разного минерального состава. Вокруг них окружающие (вмещающие) минералы сильно изменены из-за воздействия химически активных летучих компонентов остаточного расплава.
Итак, в процессе кристаллизации магм можно выделить раннемагматический, главный магматический и позднемагматический этапы, каждый из которых характеризуется своими особенностями образования минералов и их ассоциаций.
В ранний этап (раннемагматический этап) могут формироваться хромовые, платиновые руды в ультраосновных горных породах. К раннемагматическим относятся хромовые, платиновые и медно-никелевые руды в платформенных массивах оливинитов, перидотитов и габбро, эти руды формируются здесь в результате особого процесса – ликвации магмы
В главный магматический этап образуются сами горные породы, они также могут иметь практическую ценность. Во-первых, сами горные породы используются как строительный камень. Во-вторых, отдельные главные минералы в них являются объектом промышленной разработки, например, нефелин – руда на алюминий.
В позднемагматический этап образуются разные руды редких металлов – вольфрама, молибдена, олова, тантала, ниобия и др., которые накапливаются в остаточных расплавах и кристаллизуются на гидротермально-пневматолитовой стадии магматического процесса. На этой стадии происходит формирование жильных пород, обогащенных рудными минералами: молибденитом, вольфрамитом, шеелитом и др. Собственно говоря, это уже начинается гидротермальная стадия минералообразования, которая тесно связана с магматическим процессом. В позднемагматический (и послемагматический) этапы проявляются процессы интенсивного изменения минералов под действием межзерновых водных растворов – последний конденсат остывающего расплава. Эти процессы наглядно проявлены в ультраосновных породах, они выражаются в замещении собственно магматических минералов: оливина и пироксенов (силикатов магния и железа) серпентином и тальком (гидросиликатами магния и железа). По существу, происходит процесс перекристаллизации под действием гидротермальных растворов, которые образовались непосредственно в расплаве.
Магмы могут застывать на глубине, не выходя на дневную поверхность, при этом образуются интрузивные породы (абиссальные).
Магмы могут изливаться (или извергаться) на поверхность, образуя эффузивные породы, при этом они теряют летучие компоненты. Эффузивные породы залегают в виде потоков (если это лавы) или в виде покровов (если это обломки и пепел выбросов вулканов). Различить минералы в эффузивных породах сложно, т. к. в них много стекла. Обычно в эффузивных породах различаются минералы вкрапленники (это плагиоклазы, ортоклаз, санидин, роговая обманка, нефелин и др.).
Существуют магматические породы, промежуточные между эффузивными и интрузивными – это жильные (гипабиссальные) породы, они, обычно содержат повышенное количество летучих компонентов, внедряются по трещинам и ослабленным зонам, залегая в виде жил, линз, силлов, даек и др. малых интрузий. Жильные породы из-за того, что они содержат много летучих компонентов, а также редких и рассеянных компонентов, обычно содержат повышенные количества различных рудных минералов – шеелита, касситерита, берилла и др.
В зависимости от содержания кремнезема и других компонентов среди магматических пород выделяют:
а) ультраосновные, бедные SiO2 (< 45 %) и богатые MgO и FeO: дуниты, оливиниты, пироксениты – интрузивные; пикриты, кимберлиты – эффузивные;
б) основные, более богатые SiO2 (45–55 %) и богатые Al2O3 и СаО, но более бедные железом и магнием: габбро – интрузивные, базальты – эффузивные;
в) средние породы по содержанию SiO2 (55–65 %), более бедные СаО, но обогащенные щелочами: диориты – интрузивные, андезиты – эффузивные;
г) кислые, богатые SiO2 (> 65 %), но еще более богатые щелочами и более бедные MgO и FeO: граниты – интрузивные, риолиты – эффузивные.
д) щелочные породы (бескварцевые) – богатые щелочами и Al2O3, содержание SiO2 около 55 %: нефелиновые сиениты – интрузивные, фонолиты и щелочные базальты – эффузивные.
Рудные месторождения магматического происхождения встречаются лишь в ультраосновных и основных магматических породах. Это месторождения Cr, Pt и других металлов платиновой группы, Cu, Ni, Co, Fe, Ti.
В богатых щелочами магматических интрузивных породах (нефелиновых сиенитах) встречаются месторождения редких земель, ниобия, тантала, титана и циркония, а также неметаллических полезных ископаемых – фосфора (апатита), глиноземистого сырья (нефелина) и др.
Вопросы. 1.
Лекция 17
Минеральные ассоциации пегматитов. Гидротермальное минералообразование. Контактово-метасоматическое минералообразование: скарны, грейзены. Метаморфическое минералообразование.