Разложение минералов и пород

05.01.2017

Сведения о разложении силикатов под действием воды и кислот, полученные экспериментальным путем в конце прошлого и начале нашего столетия, суммированы И.И. Гинзбургом. В чистой воде полевые шпаты слабо растворимы. Эффект воздействия на полевые шпаты хлористой, серной и угольной кислотами примерно одинаков, но более сильные кислоты разрушают полевые шпаты быстрее.
Т.С. Лавринг обобщил материалы по воздействию кислых и щелочных растворов на силикаты. Разложение силикатов легко прекращается при добавлении небольшого количества содержащихся в них катионов (оснований). В щелочных растворах интенсивно выщелачивается кремнезем; в слабо щелочных, богатых кремнеземом растворах полевые шпаты устойчивы, тогда как в сильно щелочных они переходят в цеолиты. Магнезиальные и магнезиально-железистые силикаты (пироксен, амфибол, хлориты) устойчивы в слабо и сильно щелочных водных растворах при различных температурах. H.И. Хитаров, подтвердив основные выводы предшествующих исследователей, выявил следующий ряд повышающейся устойчивости минералов к действию чистой воды при повышенных температурах и давлении: кварц, лабрадор, олигоклаз, мусковит. Наибольшая растворимость кварца наблюдается при давлении от 200 до 510 атм и температуре 350—380° С, резко возрастая в щелочных растворах.
Ряд устойчивости минералов к действию чистой воды, близкий к выведенному Н.И. Хитаровым, наблюдается и при более высоких температурах, по крайней мере кварц оказывается наиболее растворимым минералом. Эксперименты, по фильтрации чистой воды через керн гранита при температурах 500—800° С и давлении 2000 кГ/см2 показали, что первым растворяется кварц, затем удаляется калиевый полевой шпат, а после полного выщелачивания кварца и калиевого полевого шпата растворяется альбит. Биотит, амфибол, пироксен и плагиоклаз (An20) могут сохраниться, в то время как кварц полностью удаляется; плагиоклаз может полностью выщелочиться, но темноцветные минералы сохраняются.
Эксперименты Л.Н. Овчинникова и А.М. Масалович по взаимодействию воды с калиевым полевым шпатом и биотитом в критической области подтвердили выявленную ранее закономерность: вынос кремнезема и алюминия достигает максимума при 350—400° С, а затем резко снижается при 450° С (давление около 300—700 атм). Установлена высокая степень корреляции pH раствора с содержанием в нем калия, кремнезема, алюминия и железа.
Разложение минералов и пород

Опыты С.И. Набоко и В.Г. Сильниченко показали, что кислые термальные растворы интенсивно выщелачивают все породообразующие элементы лав. Степень выщелачивания пород повышается с уменьшением величины pH. В растворах с близкой к нейтральной реакцией глинозем практически не растворим. В процессе взаимодействия с породой кислые термальные растворы (pH = 2—3) становятся нейтральными и слабо щелочными. Даже при нормальной температуре дистиллированная вода в контакте с содержащими щелочи и щелочные земли минералами приобретает щелочную реакцию, как видно на рис. 53. Метаморфизм гидротермальных растворов при взаимодействии их с породообразующими минералами изучали также А.А. Попов, Э.Э. Сендеров, К.М. Феодотьев.
В районах современной гидротермальной деятельности на сольфатарных полях гидротермальное глинообразование происходит в условиях слабо кислой и щелочной среды. Сернистые растворы с pH около 6 перерождают лавы в каолинитовые глины с гидроокислами железа при удалении из пароды всех компонентов, кроме кремния, алюминия и железа. Под действием нейтральных и слабо щелочных растворов лавы перерождались в монтмориллонитовые глины без существенного изменения химического состава. Концентрированные сульфатные растворы с pH = 5 вызывали алунитизацию лав при выносе из породы кальция, магния и натрия. Наиболее кислые сульфатные растворы перерождали лавы в пористые опалолиты — продукт максимального выщелачивания породы, одной из промежуточных стадий которого является каолинизация. Сульфатность растворов обусловлена окислением сероводорода восходящих эманаций до серной кислоты в условиях обильной влажности пород.
По наблюдениям Т.Ф.В. Барта, базальты Исландии превращаются в каолинитовые и каолинит-монтмориллонитовые глины под действием термальных, близких к нейтральным водам. Нейтральные воды способны выщелачивать катионы в значительно меньшей степени, чем кислые.
Д.Б. Хевкинс и Р. Рой изучили продукты гидротермального (<425° С) глинистого изменения кристаллических порошков и приготовленных из них стекол следующей серии пород: дацит, риолит, кварцевый базальт, перлитовый риолит, гиперстеновый андезит, риолитовый пепел, гранит, диорит, нефелиновый сиенит. На порошки стекла воздействовали нейтральным, щелочным и кислым водными растворами (стерильными и минерализованными). Авторы пришли к следующим выводам: 1) при одинаковом составе стекла изменяются легче, чем кристаллические порошки; 2) обогащенные кремнеземом материалы более устойчивы к воздействию термального раствора; 3) раствор с соляной кислотой вызывал изменение стекол дацитового и базальтового состава и порошка андезита в монтмориллонит, тогда как продукт изменения порошка риолита был аморфным; 4) в системе, насыщенной CO2, образовывался преимущественно иллит, а не монтмориллонит, как продукт изменения стекол любого состава, в то время как кристаллические порошки оставались без изменения; 5) присутствие в растворах CaO не играет существенной роли в образовании глинистых минералов, но его наличие важно для образования тоберморита и родственных ему кальциевых силикатов; 6) содержание в растворах магния благоприятствует образованию монтмориллонита; 7) минерализованные растворы (по составу близкие к морской воде) способствовали образованию монтмориллонита как главного продукта изменения пород. Исследования в нейтральной обстановке проводились в нескольких вариантах режима температур и давлений: при 350° C, 1050 атм и при 250—425° С и 350—1750 атм.
Изменения давления в этих пределах не оказывают влияния на скорость замещения и состав продуктов изменения пород, тогда как эффект изменения температурного режима был четким. Например, полное превращение стекла в монтмориллонит и анальцим происходило за 3 дня при 350° C и 1050 атм, а при температуре 260° С и 1050 атм на это требовалось 14 дней. Кроме того, изменение температурного режима вызывало появление разных минеральных ассоциации. Так, в системе базальт — раствор при температуре ниже 250° C стабильна ассоциация филлипсит — монтмориллонит, а выше — анальцим — монтмориллонит.
Зональное распределение глинистых и сопутствующих им продуктов изменения порошков гранита и диорита, заключенных в капсулу их фторопласта и обработанных растворами соляной и серной кислот высокой концентрации в герметических условиях, изучено С.Г. Черноруком, Ю.В. Казицыным, О.Ю. Дубик и Г.О. Нечипоренко. При обработке порошков раствором соляной кислоты получены монокварцевая, каолинитовая и гидрослюдяная зоны и зона слабой гидратации. В продуктах изменения диорита отсутствовала монокварцевая зона.
Под действием раствора серной кислоты получены алунитовая, каолинитовая, гидрослюдяная зоны с ангидритом. От колонок аргиллизированных пород экспериментально полученная зональность отличается, в частности, появлением гидрослюдяной зоны на месте монтмориллонитовой. К сожалению, не известно, является ли полученная гидрослюда продуктом гидратации биотита, или же она образовалась по плагиоклазу, как это наблюдается в аргиллизированных породах. Кроме того, гидрослюда этой зоны в ряде случаев не доказана рентгеновскими анализами. Судя по составу синтезированных продуктов и их зональности, получена колонка сольфатарных вторичных кварцитов, а не аргиллизированных пород.