Учебное пособие для студентов специальности I 51. 01. 01 " Геология и разведка месторождений полезных ископаемых"
жүктеу/скачать 5.81 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 8.1.Свойства и состав магмы
8.ГЕОХИМИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВСреди гипогенных процессов менее других изучен магматический процесс. Не существует пока единой точки зрения на процессы зарождения и развития магмы и ее очагов, перемещения магмы к поверхности, формирование изверженных пород. В представлениях о происхождении основной магмы существует много точек зрения. Остановимся на двух из них.
Деформация земной коры, связанная с явлениями планетарного масштаба, служит причиной тектонических процессов и связанной с ними магматической деятельностью. По А. Ригвуду, первоначальный материал мантии – пиралит – образовал базальт и перидотит магмы. Базальт представляет собой легкоплавкую фракцию мантии, которая поднимается вверх и является исходным материалом земной коры, большинства типов горных пород. Она делится на толеитовую (известково-щелочную) и оливин-базальтовую (щелочную) и может последовательно трансформироваться в габброидную, диоритовую и гранитную магму. Термин "магма" используется для обозначения в природе подвижного вещества, в основном из жидкой фазы, имеющей состав силикатного расплава. Бунзен предполагает существование двух первичных магм – гранитной и базальтовой, так как изверженные породы земного шара образовались из этих магм, что менее вероятно. Возможно образование магм различного состава может быть объяснено фракционной кристаллизацией базальтовой магмы, отделением остаточных магм различных типов и ассимиляцией материала различного состава, отделением летучих веществ. Геохимия магматического процесса тесно связана с температурой, давлением и концентрацией раствора. При повышении температуры происходит поглощение тепла, при понижении – выделение тепла и кристаллизация магмы. Повышение давления приводит к уменьшению объема и повышению плотности магмы. Если повышается концентрация магмы, то происходит переход ее в твердую фазу, при понижении – сохраняется ионная жидкая фаза. Температура магмы колеблется в пределах 900 – 1200ºС. Выделяют следующие этапы и фазы процессов, связанных с магмой, при понижении температуры: А – магматический, выше 900ºС; B–C – эпимагматический (800ºС) – пегматитовый (700ºС); D–E–F–G – пневматолититовый, 600 – 500ºС; H–I–K – гидротермальный, 400–50ºС; L – гипергенный, ниже 50ºС. Магматическую стадию можно представить следующей схемой:
Последовательность кристаллизации зависит от термических и кристаллохимических свойств реагирующих веществ и их количественных отношений в расплаве. Таким образом, химическая лаборатория природы представляет собой ряд медленных превращений атомов на пути к достижению максимального химического равновесия, за исключением отдельных моментов этого процесса, и формирования устойчивых минеральных видов. 8.1.Свойства и состав магмыМагма представляет собой гетерогенный силикатный расплав. Способность кремниевой кислоты к полимеризации является одной из причин значительной вязкости силикатных расплавов. Основания содействуют деполимеризации магмы. Вязкость повышается в расплавах, обогащенных Al2O3, частично Na2O и понижается с увеличением содержания FeO, MnO, MgO, особенно летучих соединений (H2O, CO2, HF, HСl, H2S, B2O3, WO3). Содержание воды обычно около 5%, а в неизмененных магматических породах редко превышает 1%. При высоком давлении летучие компоненты находятся в растворимом состоянии. Как многокомпонентная система магма хорошо растворяет породообразующие оксиды редких элементов (Li2O, Rb2O, BeO, ZrO2, Ga2O3, Nb2O5 и др.). Чем больше компонентов в силикатном расплаве, тем ниже температура его остывания и меньшая вязкость, что ведет к повышению реакционной способности силикатного расплава и скорости диффузии компонентов реакции. Например, гранитный расплав застывает при температуре 1100 – 900ºС, однако при высоком давлении паров воды может находиться в жидком состоянии при температуре 700ºС. Исследование электропроводности силикатных расплавов показало, что она имеет ионную природу. Примером может служить распределение серы между металлом и шлаком в металлургической плавке. Усилению электролитической диссоциации силикатов содействует высокая диэлектрическая постоянная расплавленной кремниевой кислоты. Среди элементов магмы встречается ионная и ковалентная связь, образуются комплексные ионы типа AlSiO41–, AlSi3O81–. В расплавах присутствует O2– и его концентрацией пользуются как индикатором щелочности расплава. Магма характеризуется кислыми или основными свойствами. По убыванию основности (щелочности) катионы образуют ряд: Cs > Rb > K > Na > Li > Ba > Sr > Ca > Mg > Fe2+. По В.В. Щербине (1964), анионы изополикремниевых кислот образуют ряд с повышающейся кислотностью: SiO44– < Si2O64– < Si3O84– < Si4O104–. Чем крупнее анион при одном и том же заряде, тем легче он отрывается от катиона, тем сильнее у него кислотные свойства. Дальнейшее возрастание кислотных свойств происходит при переходе от силикатов к алюмосиликатам (AlSiO4–, AlSi6O6–, AlSi3O8–): Si > B > P > Al. Снижение основности оксидов повышает кислотность и подвижность силикатного расплава и приводит к расслоению его на две несмешивающиеся жидкости. Летучие компоненты повышают кислотность и подвижность силикатного расплава. В процессе дифференциации происходит отжим жидкой фазы от породы, а при кристаллизации в расплаве увеличивается количество SiO2, летучих соединений и воды, уменьшается содержание оснований. На ранних стадиях выкристаллизовываются темноцветные минералы (пироксен, амфибол, биотит), позже – светлые полевые шпаты, кварц. В кислом расплаве окислительно-восстановительный потенциал выше, чем в щелочном. Поэтому в кислой среде элементы стремятся восстановиться, а в щелочной – окислиться. Ультраосновные и основные магмы более подвижны, так как центры кристаллизации оксидов ближе к шарообразной форме. Кислые магмы вязкие, так как центры кристаллизации в них представлены в виде тетраэдра (Si2O7), замкнутых колец (Si3O9, Si6O18), цепи (SiO3), ленты (Si4O11), т.е. длинных, с трудом поворачивающихся для полимеризации в расплаве, молекул. Если на место атома кислорода становятся F, Cl, OH, то цепь укорачивается и легче идет образование кристаллической решетки: 
Подвижность ионов зависит от их положения в структуре силикатного расплава. Подвижны ионы с "дальней структурой" и меньшей энергией связи, поэтому щелочные металлы более подвижны. Освобожденные ионы щелочных металлов образуют свободные структурные группы R – OH, не связанные с основной структурой расплава. Потоки водных растворов в расплавах носят инфильтрационный характер. Для магмы характерно два типа массопереноса: диффузия и конвекция. Основу флюидов (газовых растворов) составляют углерод и водород.
Для водородных структур характерна H2O в флюидах и меньшая глубина залегания магм. Образуются породы кислого и основного состава и рудные месторождения. В чистом виде такие структуры не существуют. Для летучих компонентов основных магм характерен CO2, для кислых – H2O. Магматические минералы при кристаллизации удерживают изоморфно много примесей. Поэтому их формулы сложные. Здесь изоморфны многие ионы, что невозможно было бы в гипергенных условиях. На примере магматических минералов установлены главные закономерности изоморфизма. Массоперенос магмы может происходить путем "эманационной дифференциации" (концентрации), т.е. флотации пузырьков водяного пара, в котором разбавлены другие газы и летучие компоненты, включая рудные (Li, Be, Rb, Cs, Sn, Nb, Ta, и др.). Косвенную информацию о магматических системах дает вулканизм. Факты указывают на существование сиботаксичных групп и кластеров, т.е. участков с упорядоченным строением. Магма состоит из обрывков полимерных цепей силикатных и алюмосиликатных анионов. Чем выше температура магмы, тем меньше этих групп. В деполимеризации ионов участвует H2O и F. Газы понижают температуру ее плавления. В магме удерживаются углеводороды, битумы, преобладают сильные катионы (Na+, K+, Ca+, Mg2+) над сильными анионами (Cl–, F–, OH–, CO32–, O2–), что создает преобладающую слабощелочную среду. Геохимическая классификация магматических пород отсутствует. Рассмотрим особенности групп пород по содержанию SiO2 в магматических условиях. жүктеу/скачать 5.81 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
