2. Основные черты геохимии ультраосновных и основных пород

На первой стадии эволюции единой базальтовой магмы образуются основные и ультраосновные породы. По Ферсману все элементы протокристаллизации можно разделить на 4 группы:

1. ведущие – Mg, Si, O, Ti, Fe, Ni, Cr

2. главные - C, Na, Al, P, S, (Cl), Ca, V, Mn, Co, Pt, Ru, Os, Ir и другие

3. второстепенные - (H), Sc, Cu, Zn, Ge, As, Pb, (Sb), (Hg), Te, Ag, Au

4. акцессорные - K, Sr, Zr, Nb, Ta, W, Re, (Sn), Mo

__- элементы с четными номерами

( ) – элементы, которые участвуют в процессе, но не находятся в минералах.

Т.о., в продуктах протокристаллизации накапливаются, в основном: 1.элементы с четными номерами (более 97%), имеющие устойчивые ядра и большие кларки; 2. в основном, литофилы и сидерофилы и элементы семейства железа, реже – группы платины; 3. преобладают 2 и 4-х валентные элементы с малыми ионными радиусами; 4. накапливаются ионы с высокими значениями ЭК и, соответственно, с высокими значениями энергии кристаллической решетки. С этим связана техническая ценность этих минералов:

- Высокая твердость – алмаз, хромит;

- Химическая стойкость – алмаз, асбест, корунд, платиноиды;

- Огнеупорность – корунд, хромит, графит.

При протокристаллизации широко развиты явления изоморфизма:

Изовалентный изоморфизм – магний замещается железом в оливине; железо марганцем – в авгитах; железо и магний замещается никелем и кобальтом в оливине. Характерны взаимные замещения элементов-платиноидов.

Гетеровалентный изоморфизм – скандий замещает магний в решетках силикатов; установлено присутствие тантала и ниобия в минералах титана; железа, меди, никеля – в самородной платине и т.д..

Образующиеся при высоких температурах твердые растворы в зонах гипергенеза неустойчивы и распадаются, происходит разделение изоморфных примесей. При выветривании магний-железистых ультраосновных пород происходит обособление железа в виде гидроксидов, магния - в виде карбонатов, никеля – в виде силикатов. В зоне гипергенеза происходит разделение никеля и кобальта, которые в условиях магматических процессов были тесно связаны

Для важнейших минералов протокристаллизации установлен следующий ряд по времени их образования:

оксиды титана и железа – оливин – пироксен – амфибол – слюды – полевые шпаты – группа хлоритов - тальк.

Образование минералов протокристаллизации в общих чертах идет в порядке постепенного уменьшения твердости (от 7-9 до 1), уменьшения плотности, выпадения катионов из расплава идет в сторону понижения ЭК, т.е. в направлении уменьшения валентностей и увеличения радиусов ионов.

3. Основные черты геохимии пегматитов.

Согласно Ферсмана А.Е., в результате дифференциации первичного магматического расплава могут образовываться различные частные магмы, в том числе и остаточная гранитная. Она будет отличаться от исходной магмы более высоким содержание кремнекислоты, щелочей, летучих компонентов и редких элементов. Из гранитной магмы выделяются летучие вещества, которые дают начало пневматолитовым и гидротермальным процессам, из нее выкристаллизовывается большая часть элементов в форме минералов- полевых шпатов, слюд, кварца и др., образующих граниты. Но остается еще флюидно-надкритический остаточный расплав, при кристаллизации которого образуются пегматитовые жилы.

Пегматит – жильное тело, в основном связанное с магматическим гранитным остатком, главная часть кристаллизации которого лежит в пределах 700-350^оС. К характерным особенностям гранитных пегматитов относится письменная структура, которая получается при одновременной кристаллизации из расплава полевого шпата и кварца («еврейский камень»).

В настоящее время выделяют пегматиты:

1) слюдоносные. Они формируются на глубинах свыше 6 км и состоят из плагиоклаза, микроклина, кварца, мусковита, биотита, шерла, граната, апатита, берилла. Близкие по условиям образования пегматиты, состоящие, в основном, из полевых шпатов и кварца, называются керамическими.

2) редкометальные. Они образуются на глубинах 6-4 км от поверхности и состоят из микроклина (нередко амазонита), кварца, альбита, сподумена, мусковита, лепидолита, берилла, цветных и полихромных турмалинов, колумбита, танталита, касситерита, поллуцита, топаза и др.

3) хрусталеносные, образующиеся на глубинах 4-3 км. Они состоят из микроклина, альбита, кварца, мусковита, биотита, а в полостях-занорышах – из топаза, ювелирного золотистого берилла, оптического флюорита, аметиста и пьезооптического горного хрусталя.

Процесс кристаллизации пегматитов состоит из отдельных стадий, обусловленных резкими изменениями физико-химического равновесия в среде, богатой летучими соединениями, с частичным растворением ранее выделившихся компонентов.

По Ферсману выделяют следующие геофазы пегматитового процесса:

Геофаза В: 800-700^оС – образуются контактовые зоны отделенных от вмещающих пород пегматитов, структура – аплитовая (мелкозернистая). Содержат гранат и магнетит.

Геофаза С: 700-600^оС – образование письменных гранитов.

Геофазы D-Е: 600-500^оС – пегматоидные образования (флюидно-газовые). Минералы характерные для пегматитовых жил– мусковит, берилл, топаз, дымчатый кварц, полевые шпаты, турмалин (шерл).

Геофазы F-G: 500-400^оС – надкритическая зона (флюидно-гидротермальная). Образуются пневматолитовые минералы – рубеллит, зеленые слюды и др. с характерными замещениями ранее образовавшихся минералов.

Геофазы H-K: 400-50^оС – гидротермальный процесс. Характерны вначале зеленые слюды, потом сульфиды, под конец - карбонаты, цеолиты.

Геофаза L: 50-0^оС – гипергенная. Образование глинистых вторичных минералов – вторичный кальцит, халцедон, вторичный кварц.

Власов К.А. показал, что процесс образования сложных пегматитов, содержащих редкометальные минералы, удобно разделить на 4 стадии и выделить 4 типа пегматитов

Классификация Власова (для пегматитов, содержащих редкометальные минералы)

1. Мелкозернистые (аплитовые) пегматиты – характеризуют начало пегматитового процесса, когда полевые шпаты и кварц кристаллизуются почти одновременно, образуя письменные структуры («еврейский камень»), а также равномернозернистые выделения, без каких-либо явлений замещения. Эти пегматиты характерны для маломощных жил, где при малом количестве летучих соединений быстрее падает температура и быстрее идет кристаллизация. Этот тип располагаются в самых низких частях крутых жил, поскольку летучие соединения поднимаются выше, где и дают пегматиты следующих типов.

2. Крупнозернистые полевошпатовые (блоковые) пегматиты – из остаточного расплава-раствора кристаллизуются крупные полевые шпаты, а также происходит начало обособления и концентрации редких элементов. В этих пегматитах развиты процессы замещения, которые выражаются в замещении КПШ мусковитом и альбитом. Залегают выше первого типа.

3. Полнодифференцированный пегматит – минералы в нем размещаются более или менее четкими полосами, этот тип залегает еще выше, где концентрация летучих соединений (в том числе редких элементов) еще значительней и застывание происходит медленнее. Характерно наличие крупных блоков кварца наряду со сплошными зонами полевых шпатов. Кристаллизуются минералы, содержащие редкие земли: берилл, сподумен.

4. Редкометальнозамещенный пегматит – характеризуется широким развитием явлений замещения, в результате которых возникает самостоятельная зона, сложенная пластинчатым альбитом (клевеландитом), мусковитом и поздним кварцем. Характерно повышенное содержание летучих веществ, которые разъедают и замещают ранее выделившиеся минералы и высокое содержание редкометальных минералов. Находятся в самой верхней части, т.е. в местах наибольшей концентрации летучих веществ и имеют наибольшее практическое значение.

Гранитные пегматиты значительно богаче элементами, чем продукты протокристаллизации, особенно литием, бором, галлием, рубидием, танталом, ниобием и др. Все элементы гранитных пегматитов делятся на:

1. Ведущие элементы – Li, Be, O, Si, Al, Na, K, Rb, Cs, TR

2. Главные - B, F, P, Sc, Sn

3.Нормальные - He, Ce, Ca, Ti, Mn, Ga, Ce, Y, Zr, Nb

4.Случайные – N, C, Mg, S, V, Cr, Fe, Cu, Zn

5. Запрещенные – Ne, Ar, Co, Ni, As, Ag, Cd, Pt, Hg

Подчеркнуты элементы с четными номерами.

Геохимические особенности пегматитов:

1. В гранитных пегматитах накапливаются, преимущественно, нечетные элементы. В этом – самое главное отличие конечной кристаллизации от протокристаллизации и главной кристаллизации.

2. В пегматитах накапливаются элементы с малыми ЭК – цезий, рубидий, натрий, калий.

3. В пегматитах накапливаются радиоактивные элементы – торий, уран, радий, олово, калий, рубидий.

4. В пегматитах накапливаются наименее устойчивые элементы с легко разлагающимися ядрами – литий, бериллий, бор.

5. В пегматитах преобладают ионы с валентностью 1 и 3 (водород-1, калий-1, натрий-1, алюминий-3, торий-3).

ЛЕКЦИЯ № 13