0. Гранит: Кв + Кш + Ол + Би + Мт
1. Кв + Му + Кш + Аб + Мт
2. Кв + Му + Кш + Аб
3. Кв + Му + Кш
4а. Кв + Му
4б. Кв + То
5. Кв
Этот пример отражает тенденцию к образованию существенно кварцевых метасоматитов во внутренних зонах. Породы зон 1-3 относятся к грейзенизированным гранитам, а зоны 4-5 являются собственно грейзенами. Кварц-топазовая зона 4б во многих случаях не образуется. Между внешними более мощными зонами колонки наблюдаются расплывчатые постепенные переходы. Внутренние маломощные зоны характеризуются относительно четкими границами.
В тылу метасоматической колонки может возникнуть и мусковитовая зона. Подобные грейзены, образованные по редкометальным гранитам, были изучены В.И. Коваленко (1969 г.)
0. Гранит
1. Кв + Кш + Аб + Би + Му
2. Кв + Кш + Аб + Му
3. Кв + Аб + Му
4. Кв + Му + Флю
5. Му + Флю
Для редких андалузитовых грейзенов Дальненского гранитного плутона Казахстана Д.М. Захаровой (1956 г.) описана оригинальная метасоматическая колонка, в которой андалузит занимает место топаза:
0. Биотитовый гранит
1. Кв + Кш + Пл + Би + Му
2. Кв + Кш + Пл + Му
3. Кв + Му + Кш
4. Кв + Му + Анд
5. Му + Анд
Если грейзены развиваются по гранитоидам повышенной основности, то фронтальная зона метасоматических колонок часто бывает сложена кварц-хлоритовыми пропилитами.
Центральные части зонально построенных грейзеновых тел, содержащих мономинеральные кварцевые зоны, нередко пересечены гидротермальными жилами, которые являются более поздними образованиями по сравнению с грейзненами. Ответвления этих жил пересекают различные зоны метасоматических колонок.
Жилы преимущественно сложены кварцем и в значительно меньшем количестве слюдами и мусковит-жильбертитового ряда, хлоритом, альбитом и ортоклазом. К жильбертитовой оторочке жил приурочены скопления берилла, вольфрамита и висмутина. Образование жил обусловлено теми же кислотными растворами, которые привели к возникновению грейзенов, а затем существенно измелили свой состав и кислотность-щелочность при взаимодействии с вмещающими породами и при понижении температуры.
Грейзеновые месторождения. Среди грейзеновых месторождений по преобладающей рудной минерализации можно выделить следующие основные типы: вольфрамит-топаз-кварцевый, касситерит-топаз-кварцевый и комплексный вольфрамит-молибденит-топаз кварцевый.
С грейзенами связаны также имеющие важное промышленное значение месторождения бериллия.
6.2 Фация вторичных кварцитов
К фации вторичных кварцитов относятся продукты интенсивного среднетемпературного кислотного метасоматоза, равновесные с хлоридными растворами, которые содержат углекислоту и серу; pH колеблется от 1 до 4. В этих условиях оказываются устойчивыми только кварц и высокоглиноземистые минералы: корунд, андалузит, алунит, диаспор и другие. Термин вторичный кварцит был введен в русскую геологическую литературу Е.С. Федоровым и В.В. Никитиным в 1901 г., а позднее широко применялся Н.И. Наковником для обозначения метасоматитов, возникших в процессе поствулканической гидротермальной деятельности. Термин неудачен из-за своей неопределенности; ми часто обозначают гидротермально-измененые породы разного состава и генезиса.
Собственно вторичными кварцитами целесообразно называть метасоматиты, содержащие не менее 50% кварца. При меньшем количестве кварца правильнее говорить о кварц-корундовых, кварц-андалузитовых, кварц-алунитовых метасоматитах. Если кварц становится второстепенным минералом, то речь может идти о корундовых, андалузитовых и алунитовых метасоматитах.
Исходные породы. Вторичные кварциты формируются по вулканогенным, вулканогенно-осадочным и интрузивным породам кислого и среднего составов; особенно податливы при изменении пористые туфы.
Условия залегания метасоматитов. Вторичные кварциты приурочены к центрам преимущественно наземного кислого и среднего вулканизма и образуют массивы, измеряемые километрами в поперечнике. Такие массивы чаще всего обладают изометричной формой в плане и грубо концентрическим зональным строением, которое может осложняться разнообразными ответвлениями вдоль тектонических нарушений. Будучи породами, обогащенными кварцем, вторичные кварциты устойчивы к процессу выветривания, и сложенные ими массивы часто выделяются в рельефе, образуя возвышенности с ребристыми скалистыми склонами, зубчатыми гребнями и острыми пикообразными вершинами. В депрессиях между скалами и по периферии массивов вторичных кварцитов развиты аргиллизиты и другие рыхлые породы. Неравномерное ожелезнение придает этим породам характерную пеструю окраску с чередованием белых, желтых и красных пятен.
В сложно построенных массивах вторичные кварциты занимают либо центральные зоны, либо располагаются вокруг ядер кварц-калишпатовых метасоматитов и серицитолитов. По периферии массивов развиваются широкие ореолы пропилититов или аргиллизитов.
Минеральный состав. Главными новообразованными минералами вторичных кварцитов являются кварц, серицит (мусковит), андалузит, алунит K2 Al6 (OH)4 (SO4 )4 , корунд, диаспор, пирофиллит Al2 [Si4 O10 ](OH)2 и самородная сера.
К второстепенным и акцессорным минералам относятся пирит, гематит, рутил, топаз, зуниит, флюорит, турмалин, дюмортьерит, лазулит и барит.
Типоморфными минеральными ассоциациями вторичных кварцитов являются сочетания кварца с алунитом, диаспором, корундом, а также с самородной серой. Парагенезисы кварц + андалузит и кварц + серицит могут появляться не только во вторичных кварцитах, но и в грейзенах, березитах, серицитолитах, пропилитах, что затрудняет отнесение метасоматитов к тому или иному виду. В качестве дополнительного критерия, подтверждающего принадлежность кварц-андалузитовых и кварц-серицитовых метасоматитов к вторичным кварцитам, могут служить включения или прожилки диаспора, пирофиллита, алунита. В близких по составу пропилитах содержатся хлорит, карбонат, эпидот и альбит.
Средние размеры новообразованных минералов вторичных кварцитов составляет сотые и десятые доли миллиметра; корунд, пирит, алунит, гематит, могут образовывать миллиметровые и сантиметровые кристаллы. Преобладающая форма развития метасоматических минералов – агрегатные моно- или полиминеральные псевдоморфозы, переходящие в неясные, расплывчатые порфиробласты. Так, по плагиоклазу развиваются кварц-серицитовые или кварц-алунитовые псевдоморфозы, по калишпату – серицитовые или алунитовые, а по цветным минералам – кварц-пирит-рутил-серицитовые ассоциации с небольшим количеством глиноземистых минералов.
Новообразованный кварц представлен двумя генерациями. Ранний кварц образует рассеянные зерна размером в сотые и десятые доли миллиметра и их скопления, составляющие общий фон породы, гранобластовые мозаичные агрегаты и каймы обрастания вокруг реликтового кварца, а также жилки и агрегатные скопления в смеси с серицитом, замещающие первичные минералы. Сюда же относится микрозернистый кварц и с примесью алунита, развивающийся по основной массе вулканитов.
Кварц поздней генерации формирует тонкую сеть мелких ветвящихся прожилков мощностью от долей миллиметра до первых сантиметров. Оно особенно типичен для вторичных кварцитов по гранитоидам.
Серицит (мусковит) также представлен двумя генерациями. Ранний серицит встречается в виде мелких чешуек в составе агрегатных псевдоморфоз, замещающих полевые шпаты и биотит, или образует рассеянные скопления в метасоматитах. Серицит поздней генерации выполняет маломощные мономинеральные прожилки. В серицитовых вторичных кварцитах, образованных по риолитам, гранитам и трахитам, он представлен калиевой разностью, в метасоматитах по породам среднего состава – парагонитом. Серициты вторичных кварцитов, как правило, недосыщены щелочными металлами и обогащены кремнеземом.
Андалузит наблюдается в виде рассеянных порфиробластов ситовидного строения с многочисленными включениями кварца. Порфиробласты вытянуты по флюидальности и полосчатости исходных пород или вместе с серицитом образуют псевдоморфозу по первичным минералам. Иногда андалузит вторичных кварцитов обнаруживает слабый плеохраизм в розоватых или голубоватых тонах.
Алунит развивается в виде псевдоморфоз по полевым шпатам или разрозненных скопления, а также заполняет мелкие прожилки. Размер пластинок алунита обычно составляет десятые доли миллиметра. Минерал представлен калиевой разностью: содержание K2 O в нем может достигать 3.2 мас.%. Отношение K2 O/Na2 O для алунита из вторичных кварцитов колеблется от 1.2 до 1.5 мас.%.
Корунд относится к с сапфировому и реже рубиновому типам, однако в тонких срезах под микроскопом не наблюдается плеохроизма, свойственного этим минералам. Отличительной особенностью корунда вторичных кварцитов является его уплощенность по базопинакоиду и, как следствие, положительное удлинение в отличие от отрицательного удлинения этого минерала в метаморфических и магматических породах.
Диаспор встречается в виде рассеянных зерен размером 0.3-0.5 мм, их скоплений и гнезд. Минерал ассоциирует с вторичным кварцем, рутилом, пиритом и зуниитом, образуя с ними срастания без признаков замещения одного минерала другим. Крупные выделения диаспора обладают ситовидным строением и сильно трещиноваты.
Пирит встречается во всех вторичных кварцитах. Он образует отдельные кристаллы или входит в состав агрегатных псевдоморфоз по цветным минералам. Иногда пирит присутствует в кварцевых прожилках и реже выполняет самостоятельные жилки. Минерал представлен кристаллами разнообразной формы: кубическими, пентагонольно-додекаэдрическими и октаэдрическими.
Рутил наблюдается в виде мельчайших зерен, образующих скопления, которые вместе с другими наложенными минералами развиваются по первичным цветным минералам. Содержание рутила во вторичных кварцитах довольно постоянно и не превышает 1%.
Зуниит в виде примеси мелких кристаллов входит в состав псевдоморфоз по вкраплениям полевых шпатов; кроме того, он ассоциирует с кварцем, пиритом, рутилом и флюоритом.
Турмалин вторичных кварцитов в отличие от турмалина других типов метасоматитов представлен высокоглиноземистой разновидностью. Под микроскопом он бесцветен со слабо-желтоватым или голубоватым оттенком и практически не плеохроирует.
Химический состав. Собственно вторичные кварциты почти нацело состоят из SiO2 (~80 мас.%) и Al2 O3 (14-18 мас.%). В метасоматитах, содержащих воду и серу, количество этих компонентов может достигать 8-15 мас.%. Нередко отмечается примесь бора (0.1-0.5 мас.%B2 O3 ).
Внешний облик. Вторичные кварциты – светлые породы массивной или пятнистой текстуры и мелко- или среднезернистой структуры. Иногда для них характерна повышенная пористость, которая при интенсивном выщелачивании может достигать 50-60% объема пород.
Микроструктуры. Вторичные кварциты по риолита выделяются бластопорфировой структурой, присутствием реликтовых вкраплений кварца, бластосферолитовым или бластофельзитовым строением, а также реликтовой флюидальностью, полосчатостью и меньшей пористостью по сравнению с вторичными кварцитами, образованными по гранит-порфирам и гранодиорит-порфирам, обладающим бластопорфировидной структурой и тонкой штокверковой кварцевой жилковатостью. Для метасоматически измененных туфов и брекчий типична бластокластическая структура и значительная пористость. Местами микроструктура вторичных кварцитов становится гранобластовой, лепидогранобластовой, нематогранобластовой, порфиро- и пойкилобластовой.
Стадийность и зональность метасоматитов. При изучении взаимоотношений метасоматических минералов, чрезвычайно сложных и противоречивых, удается наметить три главные минеральные ассоциации, которые последовательно сменяют друг друга при изменении температуры и кислотности растворов.
Наиболее ранней является черырехминеральная равновесная ассоциация: кварц I + рутил + пирит (или гематит) + серицит I. По- видимому, несколько позднее по отношению к этой ассоциации образуются пирофиллит I, диаспор I, алунит, зуниит и топаз. В дальнейшем при повышении температуры и усилении циркуляции растворов возникают андалузит, корунд и продолжается собирательная перекристаллизация кварца, рутила и пирита. На поздней стадии формируются дюмортьерит, кварц II, серицит II, поздние генерации диаспора и пирофиллита. Минералообразование завершается отложением флюорита, который цементирует зуниит, кварц и пирит.
Метасоматическая зональность в массивах вторичных кварцитов проявлена неотчетливо, хотя общая тенденция к упрощению минерального состава по направлению к зонам наибольшей циркуляции растворов отмечается часто. Удачный пример метасоматической зональности приведен в работе И.П. Иванова (1974 г.).
0. Диориты, кварцевые порфиры, риолиты и их туфы
1. Орт + Аб + Кв + Сер + Хл
2. Орт + Аб + Кв + Сер
3. Орт + Сер + Кв
4а. Сер + Кв
4б. Кв + Анд
4в. Кв + Пф
4г. Кв + Ал
5. Кв
Эта метасоматическая колонка в главных чертах сходна с результатами эксперимента, отражающими воздействие на порошок гранитов раствора соляной кислоты и смешанных солевых растворов с отношением mKCl / mHCl £ 3, содержащих углекислоту [Зарайский и др., 1981, 1986]:
0. Биотитовый гранит
1. Кв + Аб + Би + (Му)
2. Кв + Аб + Би + Му
3. Кв + Му
4. Кв + Анд
5. Анд
Отличие экспериментальной колонки заключается в появлении мономинеральной тыловой зоны, сложенной андалузитом. Последовательность образования остальных зон очень близка. Изменение гранитов в эксперименте начинается с появлением мусковита (серицита), который развивается по калишпату. В следующей зоне исчезает микроклин, полностью замещаясь мусковитом. На границе с зоной 3 одновременно исчезают две фазы: альбит и биотит. Эта особенность устойчиво повторяется во всех опытах. При добавлении к раствору соляной кислоты кварцевого порошка в тыловой части колонки образуется маломощная кварцевая зона.
Физико-химические условия образования метасоматитов. Вторичные кварциты формируются в обстановке интенсивного кислотного метасоматоза при выщелачивании всех компонентов, кроме Si и Al.
Вторичные кварциты являются результатом воздействия на кислые и средние породы среднетемпературных (T=300-500 °C) насыщенных SiO2 кислых (pH=1-4) преимущественно хлоридных растворов (Cl- >>F- ), содержащих углекислоту, SO4 - 2 и, возможно, BO3 - 3 ; в катионной части растворов преобладают K+ и Na+ . Максимальные метасоматические изменения происходят в приповерхностных зонах, где благодаря высокой пористости и трещиноватости обеспечивается относительно свободная циркуляция кислорода, а горные породы обогащены вадозными водами, которые и производят интенсивное кислотное выщелачивание. Под воздействием таких растворов возникают не только вторичные кварциты, но и серицитолиты, аргиллизиты, пропилиты.
Распространенность и рудоносность метасоматитов. Метасоматиты фации вторичных кварцитов приурочены к центрам наземного, а иногда подводного вулканизма кислого и среднего составов. С массивами вторичных кварцитов связаны крупные месторождения глиноземистого сырья, главным образом корунда (Семиз-Бугу, Центральный Казахстан) и алунита (Заглик, Азербайджан). Приповерхностные вторичные кварциты содержат самородную серу (Камчатка, Курильские острова, Япония).
Рудные месторождения (Mo, Cu, Zn, Pb, Au, Ag, U и др.), пространственно связанные с вторичными кварцитами, как правило, наложены на эти метасоматиты и значительно отделены от них во времени.
7. Физические, физико-механические, инженерно-геологические свойства
7.1 Плотность физических тел
Плотность – это свойство веществ, определяющееся их массой m (физической характеристикой материи) и объёмом V:
s = m /V.
Масса образца состоит из массы твёрдой фазы m т и жидкости m ж ; массой газообразной фазы m г можно пренебречь. Объем образца состоит из объёма твёрдой фазы Vт и объема пор Vп . Следовательно,
s = mт +mж /Vт +Vп .
Отношение массы твёрдой фазы породы к занимаемому ею объёму называется
кп = Vп /V; n = кп /(1+кп ).
Если относительная влагонасыщенность образца p ≤ 1, то масса жидкой фазы в образце
mж = p*sж *Vп ,
где sж - плотность жидкости, заполняющей поры.
Плотность образца определяется по формуле
s = (1 – кп )d + кп psж .
Для водонасыщенного образца ( p = 1, sж = 1 г/см3 ) плотность
sвл = d - кп (d - 1).
Для газонасыщенного образца (p = 0)
sг = (1- к п )d.
В зависимости от структуры и текстуры пород структура порового пространства может быть разной. Она характеризуется открытой и эффективной пористостью.
С плотность вещества тесно связан их удельный вес, определяющейся из отношения силы тяжести тела (вес тела P ) к его объёму
sв = P /V = gs,
где g – ускорение свободного падения.
7.1.1 Плотность горных пород, образовавшихся при контактовом метаморфизме
Процессы контактового метаморфизма могут быть без существенного изменения химического состава исходной породы, например при образовании роговиков (термальный метаморфизм); иногда они сопровождаются значительными метасоматическими изменениями. Возникающие при метаморфизме осадочных пород роговики характеризуются повышенной плотностью. Степень увеличения плотности определяется минеральным составом роговиков. Кристаллические сланцы, возникающие в результате контактового метаморфизма (с проявлением метасоматоза) глинистых и известково-глинистых осадочных пород, отличаются резко повышенной плотностью по сравнению с исходными породами, что обусловлено появлением минералов с высокой плотностью (см. табл. 1) и резким уменьшением пористости пород.
Таблица 1
Плотность (в г / см3 ) пород, образовавшихся при контактовом метаморфизме
Метаморфизм |
Порода, формация | sср | smin - smax |
контактовый |
сланец пятнистый | 2,55 | 2,50-2,70 |
| роговик | 2,74 | 2,60-2,85 | |
| скарн | - | 2,85-3,45 | |
| кварцит | 2,62 | 2,57-2,68 |
7.2 Магнитные свойства горных пород
Магнетизм вещества связан с особенностями строения внешних и внутренних атомных орбит, а магнетизм горных пород, кроме того, и с кристаллохимией слагающих их минералов. По типу магнетизма выделяются диа- и парамагнитные химические элементы, образующие все главные породообразующие минералы, и ферромагнитные элементы и минералы, магнитные свойства которых во много раз сильнее магнитных свойств первых и обладают рядом специфических черт.
В веществе, помещённом в магнитное поле, появляется внутреннее магнитное поле, которое накладывается на внешнее (намагничивающее). Напряжённость суммарного магнитного поля (внешнего и внутреннего) называется магнитной индукцией. Магнитная индукция
В = mо (H + J).
Намагниченность вещества J является функцией внешнего поля. Для парамагнетиков связь между J и H в широкой области полей носит линейный характер: J = æH , где безразмерная величина æ носит название магнитной восприимчивости. Для ферромагнетиков условно принимают туже форму записи, но их æ сложным образом зависит от поля.
С той же оговоркой связь между величиной магнитной индукции и внешним полем выражается через магнитную проницаемость
m = mо (1+ æ).
Для характеристики магнитной проницаемости вакуума используется величина mо , равная 107 /4p.
7.2.1 Магнитные свойства метаморфических пород
Для метаморфических пород характерен наиболее широкий диапазон изменения значений магнитной восприимчивости и естественной остаточной намагниченности. Встречаются образования от диамагнитных до очень сильно ферромагнитных. Широкие пределы изменения æ, J, Jn обусловлены сравнительно редко распространенными породами – мраморами и кристаллическими известняками, характеризующимися отрицательной магнитной восприимчивостью и железистыми кварцитами, серпентинитами, скарнами, среди которых встречаются очень сильно магнитные разности, по значениям æ, J и Jn приближающиеся к магнетитовым рудам. Наиболее широко развитые метаморфические породы – микрокристаллические и кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты и другие имеют меньший диапазон изменения значений параметров; они обладают более низкими максимальными значениями, чем магматические образования.
Контактовый метаморфизм определяет образование пород, характеризующихся очень непостоянными магнитными свойствами, что зависит как от параметров исходных пород, так и от давлений и температур, обуславливающих метаморфизм.
Так, для скарнов, наиболее вероятная величина магнитной восприимчивости (в 10-5 ед. СИ) – 10 - 12000, а максимальная величина – 30000.
7.3 Электрические свойства
Из электрических свойств веществ наибольшее значение в геофизике имеют удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, естественная и вызванная поляризация и пьезоэлектрический эффект.
Возможность направленного движения частиц (электронов и ионов) под действием внешнего электрического поля обусловливает электропроводность веществ. Сопротивление возникающему электрическому току вызывается хаотическим (тепловым) перемещением заряженных частиц и зависит от строения электронной оболочки атомов, кристаллохимических структур минералов и ионизационных свойств водных растворов солей.
Удельное электрическое
29-04-2015, 00:47