Причины и формы отложения вещества в гидротермальных жилах

Ассимиляция и контаминация

· Ассимиляция – процесс поглощения магмой инородного вещества любого происхождения.

· Контаминация – процесс изменения состава магмы в результате ассимиляции инородного вещества

При ассимиляции и контаминации магм происходит образование минеральных парагенезисов, отражающих как состав исходной магмы, так и состав привнесенного в нее вещества. Процессы ассимиляции и контаминации протекают в эндоконтактовых зонах магматических очагов при растворении попавших в магму ксенолитов вмещающих пород. Эти процессы могут быть тесно связаны не только с привносом вещества, но и с выносом его из магмы при контактовых взаимодействиях с контрастными по составу вмещающими породами

5. Десиликация – это уменьшение в магматическом расплаве содержания кремнезема вследствие выноса его во вмещающие породы, не содержащие SiO2 или крайне бедные им. В результате десиликации в краевых частях интрузивов могут образоваться минеральные парагенезисы с меньшим содержанием SiO2, чем в парагенезисах центральных частей. При этом переход от контактовых зон к внутренним постепенный.

3. Природа вулканических возгонов и характерные ассоциации

Вулканические эксгаляции – это процессы образования минералов из вулканогенных газов и жидкостей на поверхности вулканических аппаратов. Эксгаляции происходят на поверхности Земли, но преимущественно за счет вещества и энергии ее недр. По этой причине их относят к эндогенным. Газы, отделяющиеся от остывающего магматического тела, над которым располагается вулканическая постройка, поднимаются по трещинам в ее приповерхностную часть, где смешиваются с водами атмосферного происхождения (метеорными водами) и затем извергаются на поверхность в виде пара или термальных вод. Струи горячих газов, извергающиеся из трещин и отверстий на склонах или в кратерах вулканов, носят названия фумарол. Минералообразование наиболее интенсивно идет непосредственно вокруг места выхода паро-газовых струй на поверхность, формируя вокруг них конусовидные постройки возгонов (эксгаляций), в состав которых входят самородная сера, галит, сильвин, нашатырь, сассолин, гипс, квасцы, алунит. В местах излияния термальных источников гипс, алунит, кальцит и опал слагают натечные корочки их отложений. Смешение с поверхностными водами приводит к резкому изменению состава раствора. Растворимость одних компонентов при этом увеличивается. Процессы смешения магматогенных и метеорных вод приводят к осаждению труднорастворимых минералов на стенках подводящих каналов (гематит, пирит и марказит, киноварь, антимонит, аурипигмент, реальгар). Для минералов, образующих возгоны, характерны выделения в виде тонкозернистых корочек, пленок, пористых агрегатов, обычным является рост скелетных кристаллов за счет высокого пересыщения минералообразующих сред. Один из наиболее распространенных минералов эксгаляций – самородная сера, встречающаяся в виде разнообразных форм – от простых корочек, друз и зернистых агрегатов до сталактитов и серных потоков, которые возникают при плавлении самородной серы, слагающей стенки минеральных построек фумарол, в случае повышения температуры извергающегося газа. Другой необычной формой выделения является серный песок, который возникает благодаря пробулькиванию сероводорода сквозь воду и окислению его атмосферным кислородом.

4. Строение гранитных пегматитов и последовательность их формирования

Пегматиты – горные породы, характеризующиеся грубо- и гигантозернистым строением и обилием минералов, концентрирующих рассеянные и акцессорные элементы магматических парагенезисов. Процессы пегматитообразования протекают в условиях, когда летучие компоненты не отделяются от магматического расплава в процессе его кристаллизации. Такие системы, в которых не происходит обмена веществом с вмещающими породами, называются закрытыми. Для того чтобы летучие не отделялись от очага магматической кристаллизации, необходимо отсутствие резких перепадов давления и низкая проницаемость стенок очага, в котором происходит кристаллизация магмы. Гранитные пегматиты возникают при кристаллизации кислых магм. Главными минералами гранитов являются полевые шпаты и кварц. Эти минералы не содержат летучих компонентов, и при их кристаллизации летучие накапливаются в расплаве. Элементы, которые ведут себя так при магматической кристаллизации, называются несовместимыми. По мере увеличения концентрации летучих компонентов, особенно воды и фтора, расплав становится менее вязким, более подвижным и может мигрировать в верхние части магматического очага (рис. 2.5). Этот расплав и является пегматитообразующей средой. Поскольку такой расплав представляет собой остаток после кристаллизации значительной части силикатных минералов, его называют остаточным расплавом. Высокое содержание в нем главных летучих компонентов – воды и фтора – снижает температуру кристаллизации породообразующих минералов. Это способствует более глубокой дифференциации и накоплению в нем других несовместимых элементов – рассеянных и акцессорных элементов гранитной магмы, не вошедших в состав породообразующих силикатов. Начальные стадии пегматитообразования в гранитных системах протекают при давлениях от 2,5 до 6–8 кбар, а сам процесс охватывает широкий диапазон температур – от 800 до ~100 ºС. Пегматиты образуются из наиболее низкотемпературных силикатных расплавов.

5. Образование апогранитов и грейзенов

· Апограниты. К этим процессам относится метасоматическое преобразование гранитов и вмещающих их алюмосиликатных пород флюидами, отделившимися при кристаллизации гранитоидной магмы. Эти растворы, богатые летучими компонентами, перемещаются из внутренних частей кристаллизующегося магматического тела по трещинам в верхние (апикальные), ранее образованные его части. Накопление подобным образом летучих в апикальных частях гранитных массивов обусловлено гидродинамическим транспортом магматогенных флюидов из областей с высоким давлением в области с более низким давлением. Флюиды вступают в реакцию с закристаллизовавшимися породами, приводя к их альбитизации и грейзенизации. Так как продукты этих процессов нередко представляют собой результаты переработки гранитоидов, их часто называют апогранитами

· Грейзены. Процесс изменения алюмосиликатных пород под воздействием магматогенных флюидов, имеющих кислую реакцию, называется грейзенизацией. Процесс грейзенизации тесно связан во времени с процессом альбитизации. По мере образования альбита раствор становится более кислым и обогащается калием. В результате вместо альбита начинает образовываться мусковит. В результате грейзенизации образуются минеральные ассоциации, в которых главными являются мусковит, кварц и топаз. Если в плагиоклазе достаточно велико содержание Ca, то часть фтора связывает кальций в виде флюорита, который также может быть одним из главных минералов грейзенов.

6. Фениты. Зональность и значение

Феиниты образуются в приконтактовой зоне массивов щелочных сиенитов в результате контактово-метасоматического изменения алюмосиликатных вмещающих пород.

 

По мере удаления от контакта температура прогрева вмещающих пород понижается, в меньшем количестве доходят щелочи и сопутствующие им компоненты, выносимые из магматического массива; очевидно, что это приведет к образованию иных, чем непосредственно на контакте, минеральных ассоциаций. Так, в фенитах возникает метасоматическая зональность.

Наиболее интенсивно процессы замещения идут непосредственно вблизи контакта с интрузивным телом (зона I). Здесь самый сильный прогрев, наибольшее поступление вещества из интрузивного массива, и потому химическое взаимодействие протекает наиболее полно. По своему химизму и минеральному парагенезису зона I соответствует породам приконтактовой части внедрившегося щелочного массива.

 

При удалении от контакта в зоне II (см. рис. 2.8), куда поступает меньше щелочей из магматогенного флюида. По химизму и минеральному составу породы этой зоны соответствуют уже не щелочной породе (нефелиновому сиениту), а средней (сиениту).

 

Далее, в зоне III (см. рис. 2.8) наиболее щелочные минералы уже не образуются, а сам процесс фенитизации отражается только в появлении новообразованных эгирин-авгита и альбита. В этой зоне сохраняются реликты минеральных ассоциаций исходных пород.

На этом процесс фенитизации не заканчивается. Гидротермальные растворы, являющиеся производными магматогенного флюида и мигрирующие в фенитах, вызывают перекристаллизацию ранее образованных минералов с образованием пегматоидных обособлений в виде гнезд и жилок с нечеткими границами.

7. Механизм образования скарнов

Прогрев вмещающих пород до температур магматического расплава вызывает частичную диссоциацию кальцита известняков с высвобождением кальция и СО2. Однако при этом значительно повышается парциальное давление углекислоты, препятствующее дальнейшей диссоциации, так что разогретые вмещающие карбонатные породы остаются твердыми, но с высоким содержанием СО2 и Ca в поровом пространстве. Отсутствие или очень низкое содержание в карбонатных породах кремнезема, глинозема, железа, которыми богата внедрившаяся гранитоидная магма, запускает процесс выравнивания химических потенциалов этих компонентов в контактирующих средах – начинается диффузия Si, Al, Fe и других дефицитных для известняков элементов из магмы во вмещающие породы. В свою очередь, из известняков в магму диффундируют Са, в меньшей степени – Mg, присутствующий в известняках за счет примеси доломита (CaMg(CO3)2), и углекислота. Эта встречная диффузия гораздо слабее выноса из магмы, и потому химические реакции взаимодействия диффундирующих элементов идут в основном в приконтактовых известняках – происходит образование замещающих их минералов – скарнирование. Уменьшение объема при кристаллизации магматической породы вызывает образование трещин контракции, по которым в область контакта, где флюидное давление ниже, чем в магматической камере, и устремляются эти магматогенные флюиды, вынося во вмещающие породы те же дефицитные для них элементы. Поэтому диффузионный механизм их миграции сменяется инфильтрационным (инфильтрация – просачивание). При этом количество и разнообразие выносимых из магматической камеры и кристаллических магматических пород элементов значительно возрастают, так что первоначальное частичное скарнирование сменяется скарнообразованием – полным замещением исходных вмещающих известняков скарновыми минералами. Существенно, что в это же время и в приконтактовой части магматического массива происходит замещение первичных магматических минералов скарновыми. Поскольку при замещении обмен компонентами магматических и вмещающих пород обоюдный, такое замещение называют биметасоматозом (от лат. «би» – «два»), а скарны, возникшие за счет магматической породы в приконтактовой (эндоконтактовой) части массива, – эндоскарнами. Соответственно, скарны по вмещающим породам, расположенные в экзоконтакте по отношению к магматическому телу, называются экзоскарнами.

Ассимиляция и контаминация

· Ассимиляция – процесс поглощения магмой инородного вещества любого происхождения.

· Контаминация – процесс изменения состава магмы в результате ассимиляции инородного вещества

При ассимиляции и контаминации магм происходит образование минеральных парагенезисов, отражающих как состав исходной магмы, так и состав привнесенного в нее вещества. Процессы ассимиляции и контаминации протекают в эндоконтактовых зонах магматических очагов при растворении попавших в магму ксенолитов вмещающих пород. Эти процессы могут быть тесно связаны не только с привносом вещества, но и с выносом его из магмы при контактовых взаимодействиях с контрастными по составу вмещающими породами

5. Десиликация – это уменьшение в магматическом расплаве содержания кремнезема вследствие выноса его во вмещающие породы, не содержащие SiO2 или крайне бедные им. В результате десиликации в краевых частях интрузивов могут образоваться минеральные парагенезисы с меньшим содержанием SiO2, чем в парагенезисах центральных частей. При этом переход от контактовых зон к внутренним постепенный.

3. Природа вулканических возгонов и характерные ассоциации

Вулканические эксгаляции – это процессы образования минералов из вулканогенных газов и жидкостей на поверхности вулканических аппаратов. Эксгаляции происходят на поверхности Земли, но преимущественно за счет вещества и энергии ее недр. По этой причине их относят к эндогенным. Газы, отделяющиеся от остывающего магматического тела, над которым располагается вулканическая постройка, поднимаются по трещинам в ее приповерхностную часть, где смешиваются с водами атмосферного происхождения (метеорными водами) и затем извергаются на поверхность в виде пара или термальных вод. Струи горячих газов, извергающиеся из трещин и отверстий на склонах или в кратерах вулканов, носят названия фумарол. Минералообразование наиболее интенсивно идет непосредственно вокруг места выхода паро-газовых струй на поверхность, формируя вокруг них конусовидные постройки возгонов (эксгаляций), в состав которых входят самородная сера, галит, сильвин, нашатырь, сассолин, гипс, квасцы, алунит. В местах излияния термальных источников гипс, алунит, кальцит и опал слагают натечные корочки их отложений. Смешение с поверхностными водами приводит к резкому изменению состава раствора. Растворимость одних компонентов при этом увеличивается. Процессы смешения магматогенных и метеорных вод приводят к осаждению труднорастворимых минералов на стенках подводящих каналов (гематит, пирит и марказит, киноварь, антимонит, аурипигмент, реальгар). Для минералов, образующих возгоны, характерны выделения в виде тонкозернистых корочек, пленок, пористых агрегатов, обычным является рост скелетных кристаллов за счет высокого пересыщения минералообразующих сред. Один из наиболее распространенных минералов эксгаляций – самородная сера, встречающаяся в виде разнообразных форм – от простых корочек, друз и зернистых агрегатов до сталактитов и серных потоков, которые возникают при плавлении самородной серы, слагающей стенки минеральных построек фумарол, в случае повышения температуры извергающегося газа. Другой необычной формой выделения является серный песок, который возникает благодаря пробулькиванию сероводорода сквозь воду и окислению его атмосферным кислородом.

4. Строение гранитных пегматитов и последовательность их формирования

Пегматиты – горные породы, характеризующиеся грубо- и гигантозернистым строением и обилием минералов, концентрирующих рассеянные и акцессорные элементы магматических парагенезисов. Процессы пегматитообразования протекают в условиях, когда летучие компоненты не отделяются от магматического расплава в процессе его кристаллизации. Такие системы, в которых не происходит обмена веществом с вмещающими породами, называются закрытыми. Для того чтобы летучие не отделялись от очага магматической кристаллизации, необходимо отсутствие резких перепадов давления и низкая проницаемость стенок очага, в котором происходит кристаллизация магмы. Гранитные пегматиты возникают при кристаллизации кислых магм. Главными минералами гранитов являются полевые шпаты и кварц. Эти минералы не содержат летучих компонентов, и при их кристаллизации летучие накапливаются в расплаве. Элементы, которые ведут себя так при магматической кристаллизации, называются несовместимыми. По мере увеличения концентрации летучих компонентов, особенно воды и фтора, расплав становится менее вязким, более подвижным и может мигрировать в верхние части магматического очага (рис. 2.5). Этот расплав и является пегматитообразующей средой. Поскольку такой расплав представляет собой остаток после кристаллизации значительной части силикатных минералов, его называют остаточным расплавом. Высокое содержание в нем главных летучих компонентов – воды и фтора – снижает температуру кристаллизации породообразующих минералов. Это способствует более глубокой дифференциации и накоплению в нем других несовместимых элементов – рассеянных и акцессорных элементов гранитной магмы, не вошедших в состав породообразующих силикатов. Начальные стадии пегматитообразования в гранитных системах протекают при давлениях от 2,5 до 6–8 кбар, а сам процесс охватывает широкий диапазон температур – от 800 до ~100 ºС. Пегматиты образуются из наиболее низкотемпературных силикатных расплавов.

5. Образование апогранитов и грейзенов

· Апограниты. К этим процессам относится метасоматическое преобразование гранитов и вмещающих их алюмосиликатных пород флюидами, отделившимися при кристаллизации гранитоидной магмы. Эти растворы, богатые летучими компонентами, перемещаются из внутренних частей кристаллизующегося магматического тела по трещинам в верхние (апикальные), ранее образованные его части. Накопление подобным образом летучих в апикальных частях гранитных массивов обусловлено гидродинамическим транспортом магматогенных флюидов из областей с высоким давлением в области с более низким давлением. Флюиды вступают в реакцию с закристаллизовавшимися породами, приводя к их альбитизации и грейзенизации. Так как продукты этих процессов нередко представляют собой результаты переработки гранитоидов, их часто называют апогранитами

· Грейзены. Процесс изменения алюмосиликатных пород под воздействием магматогенных флюидов, имеющих кислую реакцию, называется грейзенизацией. Процесс грейзенизации тесно связан во времени с процессом альбитизации. По мере образования альбита раствор становится более кислым и обогащается калием. В результате вместо альбита начинает образовываться мусковит. В результате грейзенизации образуются минеральные ассоциации, в которых главными являются мусковит, кварц и топаз. Если в плагиоклазе достаточно велико содержание Ca, то часть фтора связывает кальций в виде флюорита, который также может быть одним из главных минералов грейзенов.

6. Фениты. Зональность и значение

Феиниты образуются в приконтактовой зоне массивов щелочных сиенитов в результате контактово-метасоматического изменения алюмосиликатных вмещающих пород.

 

По мере удаления от контакта температура прогрева вмещающих пород понижается, в меньшем количестве доходят щелочи и сопутствующие им компоненты, выносимые из магматического массива; очевидно, что это приведет к образованию иных, чем непосредственно на контакте, минеральных ассоциаций. Так, в фенитах возникает метасоматическая зональность.

Наиболее интенсивно процессы замещения идут непосредственно вблизи контакта с интрузивным телом (зона I). Здесь самый сильный прогрев, наибольшее поступление вещества из интрузивного массива, и потому химическое взаимодействие протекает наиболее полно. По своему химизму и минеральному парагенезису зона I соответствует породам приконтактовой части внедрившегося щелочного массива.

 

При удалении от контакта в зоне II (см. рис. 2.8), куда поступает меньше щелочей из магматогенного флюида. По химизму и минеральному составу породы этой зоны соответствуют уже не щелочной породе (нефелиновому сиениту), а средней (сиениту).

 

Далее, в зоне III (см. рис. 2.8) наиболее щелочные минералы уже не образуются, а сам процесс фенитизации отражается только в появлении новообразованных эгирин-авгита и альбита. В этой зоне сохраняются реликты минеральных ассоциаций исходных пород.

На этом процесс фенитизации не заканчивается. Гидротермальные растворы, являющиеся производными магматогенного флюида и мигрирующие в фенитах, вызывают перекристаллизацию ранее образованных минералов с образованием пегматоидных обособлений в виде гнезд и жилок с нечеткими границами.

7. Механизм образования скарнов

Прогрев вмещающих пород до температур магматического расплава вызывает частичную диссоциацию кальцита известняков с высвобождением кальция и СО2. Однако при этом значительно повышается парциальное давление углекислоты, препятствующее дальнейшей диссоциации, так что разогретые вмещающие карбонатные породы остаются твердыми, но с высоким содержанием СО2 и Ca в поровом пространстве. Отсутствие или очень низкое содержание в карбонатных породах кремнезема, глинозема, железа, которыми богата внедрившаяся гранитоидная магма, запускает процесс выравнивания химических потенциалов этих компонентов в контактирующих средах – начинается диффузия Si, Al, Fe и других дефицитных для известняков элементов из магмы во вмещающие породы. В свою очередь, из известняков в магму диффундируют Са, в меньшей степени – Mg, присутствующий в известняках за счет примеси доломита (CaMg(CO3)2), и углекислота. Эта встречная диффузия гораздо слабее выноса из магмы, и потому химические реакции взаимодействия диффундирующих элементов идут в основном в приконтактовых известняках – происходит образование замещающих их минералов – скарнирование. Уменьшение объема при кристаллизации магматической породы вызывает образование трещин контракции, по которым в область контакта, где флюидное давление ниже, чем в магматической камере, и устремляются эти магматогенные флюиды, вынося во вмещающие породы те же дефицитные для них элементы. Поэтому диффузионный механизм их миграции сменяется инфильтрационным (инфильтрация – просачивание). При этом количество и разнообразие выносимых из магматической камеры и кристаллических магматических пород элементов значительно возрастают, так что первоначальное частичное скарнирование сменяется скарнообразованием – полным замещением исходных вмещающих известняков скарновыми минералами. Существенно, что в это же время и в приконтактовой части магматического массива происходит замещение первичных магматических минералов скарновыми. Поскольку при замещении обмен компонентами магматических и вмещающих пород обоюдный, такое замещение называют биметасоматозом (от лат. «би» – «два»), а скарны, возникшие за счет магматической породы в приконтактовой (эндоконтактовой) части массива, – эндоскарнами. Соответственно, скарны по вмещающим породам, расположенные в экзоконтакте по отношению к магматическому телу, называются экзоскарнами.

Причины и формы отложения вещества в гидротермальных жилах

отложение минералов в гидротермальных процессах происходит чаще всего в результате снижения давления и температуры при попадании раствора в открывшуюся трещину. Геометрия трещинного пространства (расстояние между стенками меньше, а иногда значительно меньше размеров по простиранию и падению) и определяет геометрию образующихся в результате этого тел.

Существуют два способа образования гидротермальных жил. При первом происходит заполнение свободного пространства трещины минералами, кристаллизующимися из водного раствора. Кристаллы минералов растут от зальбандов в направлении осевой части жилы - заполнения механизм. Образование минералов в жилах выполнения часто бывает многостадийным – приоткрывание трещины при тектонических подвижках приводит к поступлению свежих порций раствора и отложению новых, как правило, более низкотемпературных минеральных ассоциаций. Второй механизм реализуется тогда, когда раскрытие трещины минимально (трещины скола, «волосные» трещины). Движение поступающего гидротермального раствора в этом случае происходит не столько по самой трещине, сколько вдоль нее во вмещающей породе – по микротрещинам и порам между породообразующими минералами. Свободного пространства для кристаллизации внутри трещины практически нет, и реакции минералообразования происходят в поровом пространстве вмещающей породы, заполненном раствором. При этом минералы растворяются, и наиболее интенсивно – возле самой трещины, где концентрация раствора наиболее высока. На их месте из раствора кристаллизуются новые минералы, и рост их индивидов идет от трещины в сторону вмещающей породы с дальнейшим растворением и замещением ее минералов (см. рис. 2.11, в). Таким образом возникают жилы замещения, или метасоматические, а механизм их образования называется конкреционным. Как правило, жилы выполнения имеют резкие контакты с вмещающей породой, а границы метасоматических жил могут быть неровными и неотчетливыми, так как замещение породообразующих минералов новыми гидротермальными происходит с различной скоростью, и при этом часто формируется мелкозернистый агрегат, в котором макроскопически граница между новообразованными минералами и замещаемой породой может быть неразличима. Еще одной формой гидротермальных тел являются метасоматические залежи. Они возникают при просачивании растворов через осадочные породы, поэтому механизм их образования называют инфильтрационным. Отложение гидротермальных минералов происходит в поровом пространстве и путем замещения первичных минералов породы.

9. Источники воды и вещества при гидротермальном минералообразовании.