3.4 Генетические типы эндогенных минералообразующих процессов

3.4.1 Магматический процесс

Магматический процесс – это процесс образования минералов путем кристаллизации непосредственно из магмы. Магма возникает в отдельных очагах земной коры в результате теплового эффекта радиоактивного распада или имеет мантийное происхождение.

В результате магматического процесса образуются разнообразные изверженные горные породы, составляющие 95 % массы земной коры, и магматические месторождения алмазов, платины, хромовых, никелевых, медных, титановых, ванадиевых и др. руд, а также апатита и нефелина.

Представления о магме и магматическом процессе мы получаем изучая вулканическую деятельность и моделируя природные процессы экспериментальным путем.

Разработкой теории магматического процесса занимались многие ученые как в России – В.А. Обручев, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, А.Н. Заварицкий, А.Е. Ферсман и др., так и за рубежом – Н. Боуэн, П. Ниггли, И.Фогт, Р. Дэли и др.

Условия и способы образования минералов при магматическом процессе

Магматический процесс самый высокотемпературный из всех эндогенных процессов. Кристаллизация на глубине (интрузивный процесс) происходит при температурах 900-700^оС, при излиянии магмы на поверхность (эффузивные породы) – 1200- 1000^оС. Предполагают, что на глубине 30-100 км температура может достигать 1500^оС (экспериментальные условия для образования алмаза). Давление также должно быть высоким, его интервал 2000-5000 атм. Большую роль играет высокое внешнее давление, удерживающее летучие компоненты в магме. Резкое падение давления вызывает «вскипание» расплава и его кристаллизацию.

Главные факторы минералообразования – химический состав магмы, температура, давление, концентрация химических компонентов и состав окружающих пород.

Магма – огненно-жидкий силикатный расплав, состоящий в основном из: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, MnO, Na₂O, K₂O и прочих (вся таблица Д.И. Менделеева), насыщенный растворенными летучими газами: Н, F, Cl, B, S, P, CO₂, CO, NH_4, пары воды их в магме содержится до 10 %, а в минералах они фиксируется в меньшем количестве.

Главные элементы магмы Si + О₂ = 74,31 %, поэтому преобладают силикаты. Химический состав магмы отражается в минеральном составе. Если магма пересыщена SiO₂, то выделяется свободный кварц образуются кислые породы, если недосыщена, то выделяется оливин, если достаточно – ромбический пироксен. При недостатке SiO₂ вместо полевых шпатов образуется лейцит К [Al Si₂ O₆] + Si O₂= К [Al Si₃ O₈]

Лейцит кпш

Кроме SiO₂ большую роль играют содержания глинозема Аl₂O₃ и щелочей. Они определяют тип магматических пород. По содержанию SiO₂ (в %) выделяются породы ультраосновные (~ 40), основные (40-52), средние (52-65), кислые (65-75); по концентрации щелочей – нормальные и щелочные; по величине отношения (1) среди щелочных пород выделяются миаскитовые (< 1) и агпаитовые породы (>1).

(1)

Состав вмещающих пород в результате ассимиляции приводит к изменению химического состава магмы и ее кристаллизации.

Разнообразие минеральных ассоциаций связано с развитием магмы. Магматический процесс является длительным и сложным. Начинается он с дифференциации (разделения) однородной первичной магмы на ряд различных по составу производных магм. Различают магматическую дифференциацию, которая происходит до начала кристаллизации и кристаллизационную, идущую в процессе кристаллизации.

Магматическая дифференциация протекает путем ликвации – разделения магмы на две несмешивающиеся жидкие фазы с понижением температуры: силикатную и сульфидную (богатую летучими) или щелочно-фосфатную, реже щелочно-карбонатную, что приводит к различным минеральным ассоциациям. В частности в первом случае (отделение сульфидной магмы) образуются уникальные Cu-Ni сульфидные руды Норильского комплекса.

Наиболее важна кристаллизационная дифференциация, которая возможна лишь при переохлаждении. Характер охлаждения такого расплава обусловливает степень кристалличности и зернистости породы. Число центров кристаллизации при небольшом переохлаждении всегда очень небольшое, оно возрастает с увеличением степени переохлаждения и при очень сильном переохлаждении (свыше 100^о) уменьшается до нуля. В соответствии с этим образуются агрегаты различной структуры от крупнозернистой, мелкозернистой, скрытозернистой до вулканического стекла. При неравномерном охлаждении возникают агрегаты с порфировой структурой.

На основе изучения силикатных расплавов американский петролог Н. Боуэн представил последовательность выделения минералов из магмы в виде 2-х реакционных рядов:

а) прерывно-реакционного ряда цветных (фемических) минералов: оливин, ромбический пироксен – моноклинный пироксен – амфибол – биотит;

б) непрерывно-реакционного ряда светлых (салических) минералов – основной плагиоклаз – средний плагиоклаз – кислый плагиоклаз - кпш.

Минералы этих рядов могут кристаллизоваться совместно с образованием эвтектики. При этом последовательность выделений зависит от состава расплава. Реакционные и эвтектические отношения между главными магматическими минералами изображаются Н. Боуэном в виде специальной схемы, дополненной А.Н. Заварицким (рис. 3.9).

Оливины ↓	Ca – плагиоклазы ↓
Ромбические пироксены ↓	Na - Ca – плагиоклазы ↓
Моноклинные пироксены ↓	Ca - Na – плагиоклазы ↓
Амфиболы ↓	Na – плагиоклазы ↓
Биотит
Калиевые полевые шпаты ↓
Мусковит ↓
Кварц

Рис. 3.9 Реакционный ряд Боуэна

Из схемы видно, что вышестоящие более тугоплавкие минералы выделяются раньше нижерасположенных. Последние могут образоваться при взаимодействии первых с расплавом, например

(Mg, Fe)₂ Si O₄ + Si O₂ → (Mg, Fe)₂ [Si ₂ O₆]

оливин в расплаве энстатит

Схема показывает возможные парагенетические ассоциации минералов в магматических породах. Эта схема относится к нормальным породам и щелочным миаскитовым. В агпаитовых щелочных породах наблюдается обратный (агпаитовый) порядок выделения: вначале светлые – нефелин и пш, а затем цветные акцессорные и рудные минералы.

В конкретных геологических условиях из-за ряда причин общие закономерности могут быть нарушены.

Главный способ (механизм) образования минералов при магматическом процессе – свободная кристаллизация из переохлажденного магматического расплава.

В результате магматического процесса образуются разнообразные магматические горные породы и генетически и пространственно связанные с ними магматические месторождения полезных ископаемых. Среди последних выделяют раннемагматические, позднемагматические и ликвационные.

Генетические признаки минералов магматических образований рассматриваются на примере ряда парагенетических минеральный ассоциаций:

1. Пироп – алмазная ассоциация в кимберлитах.

2. Оливин - хромитовая ассоциация в ультраосновных породах.

3. Ильменит - титаномагнетитовая в основных породах

4. Халькопирит - пентландитовая ассоциация в основных породах

5. Нефелин - апатитовая ассоциация в щелочных породах.