Карбонатиты, краткая характеристика условий образования минералов при карбонатитовом процессе

Карбонатитами называют эндогенные минеральные образования, состоящие в основном из карбонатов (кальцита, доломита, анкерита, реже других) и генетически и пространственно связанные со сложными интрузивами ультраосновного — щелочного состава.

Карбонатиты вместе с пространственно и генетически связанными породами ультраосновных — щелочных комплексов формируются длительное время, в ходе магматического, пневматолито-гидротермального и гидротермального этапов минералообразования. По условиям образования карбонатиты сильно отличаются от других генетических типов минеральных образований. Ближе всего они стоят к магматическим месторождениям алмаза в кимберлитах, также связанных с глубинными разломами платформ. Своей многостадийностью, сложностью и характером минерального состава они напоминают скарны.

Будучи глубинными вулканогенно-интрузивными образованиями, карбонатитоносные массивы формировались в большом интервале глубин — от 5 до 10 км до приповерхностных. Это приводило к возникновению специфических условий в ходе карбонатитообразования и изменчивости факторов минералообразования — физико-химических и геологических.

Длительное (десятки и сотни миллионов лет) формирование массивов ультраосновных — щелочных пород, завершавшееся образованием карбонатитов, происходило в широком диапазоне температуры (от 1350° до 200 °С) в ходе постепенного ее снижения.

Главными способами образования минералов карбонатитовых тел являются: 1) метасоматический — замещение силикатных пород и минералов предшествующих стадий карбонатитового процесса; 2) кристаллизация минералов в результате выполнения растворами открытых полостей; 3) перекристаллизация более ранних крупнозернистых карбонатитовых минералов в мелкозернистые, более устойчивые в условиях ориентированного давления.

2. Какие осадочные ассоциации минералов образуются из коллоидных растворов? Осадочными называют минеральные образования, возникшие в процессе накопления главным образом на дне различных водоемов.

Осадочный процесс минералообразования имеет огромное значение, так как он приводит к образованию мощных толщ разнообразных осадочных горных пород, обычно являющихся полезными ископаемыми. В результате осадочного процесса образуются месторождения каменной соли, калийных солей, руд железа, марганца, алюминия, меди, урана, редких элементов.

В изучении осадочного процесса большую роль сыграли А. Д. Архангельский, Н. С. Курнаков, Н. М. Страхов, М. С. Швецов, М. Г. Валяшко и др.

УСЛОВИЯ И СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ ПРИ ОСАДОЧНОМ ПРОЦЕССЕ

Осадочный процесс происходит, как правило, в открытых водоемах гидросферы. Он является в основном вторичным по отношению к процессам выветривания горных пород и образования кор выветривания. Осадочные образования в свою очередь могут подвергаться процессам регионального метаморфизма.

Часть продуктов выветривания горных пород и рудных жил захватывается поверхностными проточными водами. Нерастворимые и труднорастворимые частицы минералов переносятся механическим путем во взвешенном состоянии и затем отлагаются в виде механических осадков. При этом могут образоваться россыпи золота, платины, касситерита и других тяжелых, твердых и химически устойчивых минералов. Новых минералов в них почти не образуется.

Продукты выветривания, перешедшие в растворы, истинные и коллоидные, переносятся в растворенной форме и отлагаются в виде химических осадков в водных бассейнах. Из истинных растворов выпадают минералы — соли кальция, натрия, калия и магния, из коллоидных — минералы железа, марганца, меди и алюминия. При этом происходит осадочная дифференциация вещества: механическая (по величине, форме и плотности частиц) и химическая (по степени их растворимости).

Таким образом, минералы осадочных образований являются в основном вторичными переотложенными.

В формировании многих химических осадков большую роль играют живые организмы, поэтому среди химических осадков выделяют различные биохимические осадки (сера, гидроокислы железа, фосфориты и др.).

Осадочный процесс, или литогенез, характеризуется много-стадийностью. Его подразделяют на три этапа — седиментогенез (образование осадков), диагенез и катагенез (их преобразования). В первых двух выделяются по три стадии (Н.М.Страхов). В седиментогенезе стадии: 1) мобилизации вещества и выноса его из коры выветривания; 2) переноса вещества (формы переноса основных компонентов осадков показаны на рис. 60); 3) осадкообразования. На этапе диагенеза выделяют стадии: 1) окислительную (образование в верхних частях осадков окис­лов железа и марганца); 2) восстановительную (образование в их нижних частях карбонатов и силикатов железа и марганца); 3) внутреннего перераспределения химических элементов (при активном участии микроорганизмов).

3. Краткая характеристика условий образования минералов при региональном метаморфизме. Региональным метаморфизмом называют метаморфизм эндогенных и экзогенных образований, происходящий на больших площадях и на значительных глубинах земной коры в условиях повышенных температуры и давления и при участии поровых растворов. В результате него образуются разнообразные регионально-метаморфические (метаморфогенные) горные породы и месторождения таких полезных ископаемых, как железные и марганцевые руды, высокоглиноземное сырье (минералы состава Al₂SiOs), абразивы (гранаты, наждаки), графит, мрамор, яшмы и т. д. С ним связано появление альпийских жил.

В изучение регионально-метаморфических образований большой вклад внесли ученые в СССР — Н. А. Елисеев, Д. С. Коржинский, В. С. Соболев и др., за рубежом — В. Гольдшмидт, У. Грубенман, П. Ниггли, А. Харкер и др.УСЛОВИЯ И СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ ПРИ РЕГИОНАЛЬНОМ МЕТАМОРФИЗМЕ Региональный метаморфизм развивается на больших глубинах земной коры под влиянием магматических масс, в обстановке повышающихся температуры и давления, при усиливающемся воздействии различных минерализаторов, главным образом воды и углекислоты. Связь регионального метаморфизма с другими процессами простая — он накладывается на породы эндогенного и экзогенного происхождения. При так называемом ультраметаморфизме может происходить выборочное или полное распределение метаморфизующихся пород с образованием магматического расплава.

Главными факторами минералообразования при региональном метаморфизме являются температура, давление, состав и концентрации компонентов в циркулирующих растворах, а также состав метаморфизуемых пород и руд [9].

Температура обусловлена привносом тепла от находящихся на глубине магматических масс, а также геотермическим градиентом (в среднем 3 °С на 100 м глубины) и теплотой радиоактивного распада. Для регионального метаморфизма в настоящее время указывают диапазон температур от 450—500° (по пределу устойчивости каолина) до 900—950° (по парагенезису пироксена и граната).

Давление вызывается нагрузкой вышележащих пород (гидростатическое или литостатическое давление, увеличивающееся на 27,5 МПа при углублении на 1 км), складкообразованием (динамическое боковое давление, или стресс), а также газовыми растворами. Оно изменяется в пределах от 200 до 700 МПа и выше (В. С. Соболев). Температура и давление не являются взаимосвязанными факторами. Первая определяется близостью к магматическому очагу, второе — глубиной.

Состав и концентрация компонентов в растворах зависят прежде всего от состава магматических масс, «пропаривающих» породы. В последних всегда имеются вода разного происхождения и углекислота, могут появляться НҒ, В(ОН)з, H₂S и другие минерализаторы. Особенно велика роль воды, которая понижает температуру минералообразования и ускоряет его ход, увеличивает кристаллизационную способность минералов, может растворять минералы и обеспечить их избирательный вынос и переотложение. Парциальное давление углекислоты играет большую роль при метаморфизме карбонатсодержащих пород. Режим воды зависит от температуры, а углекислоты — от глубины, т. е. давления. С глубиной возрастает разложение содержащих углерод карбонатный минералов, растет его парциальное давление и карбонаты постепенно вытесняются силикатами.

Большое значение имеет минеральный состав метаморфизуемых пород и руд. Например, на низшей ступени метаморфизма песчано-глинистые породы превращаются в хлорит-серицитовые сланцы с типоморфными гранатом, андалузитом и хлоритоидом, а магматические породы основного и среднего состава — в зеленые сланцы с типоморфными альбитом, эпидотом, хлоритом и актинолитом.

Сущность регионального метаморфизма заключается в том, что агрегаты минералов эндогенного и экзогенного происхождения, оказавшись в глубинах земной коры в необычной для них физико-химической обстановке, становятся неустойчивыми. Под действием указанных выше факторов метаморфизма происходит преобразование их в агрегаты других устойчивых в новых условиях минералов. При этом гидроокислы переходят в окислы, фосфориты — в апатит, бокситы — в корунд, органическое веществе — в графит, появляются минералы с большей плотностью и т. д.

Обычно прогрессивный (т. е. вызванный повышением температуры и давления) региональный метаморфизм проходит в две стадии. На первой стадии происходит медленная перекристаллизация (без изменения химического состава) мелкозернистых минеральных агрегатов в крупнозернистые при наличии поровых растворов (с Н₂0 и С0₂). При этом последние находятся в химическом равновесии с изменяющимися породами, которые сохраняют твердое состояние. На второй стадии при появлении гидротермальных растворов с различными химическими компонентами перекристаллизация сопровождается метасоматическим образованием новых минералов и изменением химического состава пород. При наиболее интенсивном и длительном проявлении он переходит в ультраметаморфизм, при котором исходные породы могут испытывать частичное выборочное переплавление (анатексис), а затем и полное расплавление (палингенез). Совокупность процессов глубинной метаморфической переработки пород может вызвать гранитизацию, которая приводит к образованию пород типа гранитов. При этом главную роль играют восходящие газовые и водные растворы (флюиды), привносящие щелочи и кремнезем, вызывающие перекристаллизацию и метасоматоз.

Иногда высокометаморфизованные породы подвергаются регрессивному метаморфизму (диафторезу), идущему при понижениях температуры и давления. При этом они (например, силлиманитовые гнейсы) превращаются в среднеметаморфизованные породы (слюдяные сланцы).

Главными способами образования минералов при региональном метаморфизме являются перекристаллизация, или кристаллобластез (от греч. «бластейн» — расти), и метасоматоз.

В зависимости от физико-химических факторов выделяют три степени, или ступени, регионального метаморфизма: низшую (сравнительно умеренные температуры — 200—300°, преимущественно боковое давление), среднюю (средние температуры — 400—500°, давление как боковое, так и литостатическое) и высшую (высокие температуры — до 500— 600°, преимущественно литостатическое давление).