19.11.2018
В последние годы всё большее количество люде используют для обшивки фасадной части своего жилого здания металлический сайдинг (из...


19.11.2018
Горячекатаный швеллер в последние годы считается весьма популярным типом металлического проката. Он нашёл широчайшее во многих...


19.11.2018
Участие профессионального адвоката в уголовном производстве в настоящий момент считается важнейшим условием для того, чтобы моно...


19.11.2018
Наличие надежных дверных замков в рабочем состоянии — залог того, что квартира и все ее имущество останутся целыми. Это защита от...


17.11.2018
Сантехнические ревизионные люки являются технологичными углублениями или же, иными словами, колодцами, где располагаются счётчики...


17.11.2018
Рекуператор является одним из видов теплообменного оборудования, основным предназначением которого называют возвращение тёплых...


Замещение в рудоотложении

10.07.2018
Согласно определению Линдгрена, замещение, или метасоматизм, представляет собой «процесс практически одновременного капиллярного растворения и отложения, при котором новые минералы, частично или полностью отличные от предыдущих по химическому составу, могут развиваться по более раннему минералу или минеральному агрегату». Обычно подразумевается, что в процессе замещения объем замещаемой породы не меняется или меняется незначительно, хотя для некоторых пород характерно значительное сжатие или значительное расширение. Метасоматические процессы играют существенную роль при формировании эпигенетических рудных месторождений; многие типы руд образовались почти исключительно в результате замещения, а в подавляющем большинстве других месторождений также обнаружены следы процессов метасоматоза. Эти процессы особенно характерны для месторождений, формировавшихся в условиях высоких температур и давлений, когда открытые полости редки, а сообщение участков рудоотложения с поверхностью затруднено. Интенсивность процессов замещения часто бывает поразительной. Хорошо известна полная сохранность клеток и возрастных колец в окаменевшей древесине. Древесина, представляющая собой пористый субстрат, состоящий из углерода, кислорода, азота и второстепенных элементов, замещается кремнеземом, несмотря на то что между двумя субстратами нет очевидного сходства. Явление замещения одного минерала другим может быть столь же поразительным. При замещении обычно хорошо сохраняются во всех деталях ископаемые остатки, осадочные структуры и складчатые формы (фиг. 4.33). Судя по составу минералов, которые могут замещать друг друга, направление метасоматических процессов не ограничено какими-либо пределами. Обобщая, можно смело предположить, что в благоприятных условиях любой минерал может замещать любой другой минерал, несмотря на то что в природе число реакций для метасоматических процессов ограниченно. Важнейшими факторами проявления этих процессов, по-видимому, являются различный химический состав замещаемых минералов или пород и газово-жидкой среды, а также скорость диффузии ионов, вызывающих метасоматоз. Следовательно, если кварц в условиях земной поверхности устойчив, это еще не значит, что он вообще представляет собой неблагоприятную среду для замещения. Действительно, и кварц и силикаты очень часто подвергаются метасоматическим изменениям. Растворы, которые вступают в реакцию с известняками и замещают их, могут быть по отношению к кварцу инертными или активными, что приводит к тонкому избирательному замещению. Баетин и др. предложили общее правило замещения: сульфиды, арсениды, теллуриды и сульфосоли замещают все породы, жильные и рудные минералы; жильные минералы замещают породы и другие жильные минералы, но обычно не развиваются по сульфидам, арсенидам и сульфосолям: высокотемпературные окислы замещают все породы и жильные минералы, но сами последними замещаются редко; окислы редко развиваются метасоматическим путем по сульфидам, арсенидам, теллуридам и сульфосолям.

Несмотря на то что процессы замещения изучаются и описываются уже в течение многих лет, действительный механизм переотложения материала при метасоматозе до сих пор является предметом дискуссий. Одним из главных вопросов следует считать вопрос о сущности процессов выноса в огромных объемах замещаемого материала теми же растворами, из которых выпали новообразованные рудные минералы. Вероятно, освободившиеся в процессе замещения компоненты просто выносятся от фронта замещения либо истощенными гидротермальными растворами, либо в результате диффузии. В связи с тем что замещение подчиняется, грубо говоря, правилу «объем на объем», перед нами встает другая важная проблема: как выразить в виде ионных и молекулярных химических уравнений реакции равных объемов твердого вещества.

Ридж пытался представить процесс замещения в виде реакций, которые были бы сбалансированы по объему, числу молекул и зарядам ионов. Его работа помогла понять процесс замещения одного сульфида другим и осветила сложный процесс замещения серы сульфидов кислородом окислов; эти процессы действительно происходят в природе, хотя в них и трудно поверить вследствие больших размеров реагирующих ионов. Ридж сумел составить уравнения, использовав известные положения химии и геологии, только для близповерхностных условий, а характер глубинных реакций он наметил лишь весьма приблизительно. В качестве примера Ридж рассмотрел процесс замещения ковеллина аргентитом, т. е. такой процесс, при котором выщелачивание материала происходит у поверхности земли, а отложение — ниже уровня грунтовых вод.

В водном сульфатном растворе может протекать следующая реакция:

Согласно данным Риджа, объем твердой фазы в этой реакции увеличится почти на 70%, чего в природе, конечно, не происходит. Если же предположить, что часть серы окисляется и сульфидная сера превращается в сульфатную, а часть окисного железа одновременно восстанавливается в закисное и присутствует в растворе в виде хлорида, можно допустить и такую реакцию:

если же железо присутствует в виде сульфата, то реакция будет несколько иной:

Независимо от формы нахождения в растворе железа объем твердой фазы, выраженный в кубических ангстремах, остается постоянным. Поскольку обе формы железа, по-видимому, при данных условиях «равноправны», можно допустить, что обе реакции протекают одновременно. По аналогии следует ожидать, что в условиях выветривания сульфидной жилы среда будет очень кислой, в противном случае ионы окисного железа в растворе не сохраняются. Как показано, изменение объема твердой фазы в обеих реакциях составляет только 0,17%. Ту же реакцию можно написать, использовав меньшее число молекул, если считать допустимой разницу в объемах на 1—2%. Согласно Риджу,

Увеличение объема составляет 1,80%.

Следует заметить, что в обеих частях уравнений (2)—(4) имеются компоненты, которые, участвуя в реакции, выносятся, не оставляя в качестве доказательства своего существования никаких твердых фаз. He обнаружены следы этих компонентов и в природных условиях.

Процессы замещения карбонатов сульфидами, силикатов — окислами и т. д. могут быть охарактеризованы подобным же образом. Некоторые реакции представляются даже менее сложными, поскольку реагирующие вещества не содержат общих ионов, что облегчает составление сбалансированных частей уравнения. Ридж в качестве примера приводит замещение известняка сфалеритом сначала в виде простой несбалансированной реакции:

Уравнение легко составить, если учесть разницу объемов элементарных ячеек сфалерита и кальцита. В итоговом гипотетическом уравнении

предусмотрена разница объемов твердых фаз всего в 0,01%. Единственный неясный вопрос в процессе подобного замещения и любого метасоматоза вообще — вопрос о физической сущности переноса материала. Это может быть диффузионный процесс или практически совпадающие во времени процессы растворения и переотложения.

Бергер установил, что при повышении температуры может быть достигнута точка, при которой атомная структура минерала становится беспорядочной, связи между ионами ослабляются, вследствие чего ионы могут легко диффундировать через кристаллическую решетку. Наиболее характерно это явление для сульфидов, поскольку тетраэдрическая координация ионов серы обусловливает «рыхлую» структуру кристаллов. Сульфиды даже при умеренных температурах будут поглощать ионы из окружающих растворов, и по мере проникновения ионов в массу сульфидов фронт замещения будет удаляться от источника растворов. Доводы в пользу этого объяснения подобны тем, которые приводит Фэрбэрн. Согласно этому автору, минералы с высоким коэффициентом плотности — к. п. (отношение ионного объема к объему элементарной ячейки) должны замещаться медленнее, чем минералы с меньшим коэффициентом плотности. Если этот принцип верен, кальцит (к. п. = 4,0) должен замещаться быстрее кварца (к. п. = 5,2), гроссуляра (к. п. = 6,4), волластонита (к. п. = 5,2) и других аналогичных силикатов. Подобная закономерность отмечена для тактитовых (скарновых) руд, в которых кальцит в интерстициях зерен замещается, как правило, до начала процессов замещения силикатов.

Процессы замещения известняка при низких температурах и давлениях изучали Гаррелс и Дрейер, которым удалось смоделировать структуры замещения, близкие к природным, в определенных лабораторных условиях. Эти авторы изучили влияние многих переменных величин, но главным фактором в процессах замещения они считают значение pH минералообразующих растворов, которое и определяет растворимость карбонатных вмещающих пород. Гаррелс и Дрейер предположили, что продукты растворения известняка вызывают изменения в составе рудоносных растворов, приводящие к осаждению руд. Таким образом, растворимость вмещающих пород они принимают за главный фактор метасоматоза. Te же авторы предположили, что при метасоматозе существенную роль играет растворимость вновь образующихся минералов, которая должна быть близка к растворимости вмещающих пород, взятой не абстрактно, а применительно к данным условиям. Во всяком случае, большое значение одновременности процессов растворения и осаждения теперь уже можно считать твердо установленным.

Гаррелс и Дрейер доказали также, что идеальные условия для замещения создаются там, где развиты многочисленные большие близко расположенные полости или поры, создающие зоны с проницаемостью выше средней. Они пришли к выводу, что минерализующие растворы поступают в участок рудоотложения по этим зонам, а движение их от проводящих каналов к фронту замещения обеспечивается главным образом за счет диффузионных процессов, а не за счет направленного движения самого потока.

Масштабы замещения зависят от времени, в течение которого растворы могут взаимодействовать с вмещающими породами; иными словами, величина участка замещения, на который распространяется действие процессов ионной диффузии, представляет собой функцию времени. Следовательно, метасоматоз должен быть наиболее полным на больших глубинах, где свободная циркуляция растворов весьма ограниченна.




О критериях, позволяющих распознавать процессы замещения, написано много. Полагают, что такие критерии, как псевдоморфозы и реликтовые текстуры, можно считать надежными, но большая часть других критериев имеет неопределенное толкование, поскольку они могут проявляться не только в процессах замещения. Если исключить немногочисленные надежные критерии, которые называются диагностическими, станет очевидным, что на основании какого-то одного признака делать выводы неблагоразумно. Надежность любого определения прямо пропорциональна количеству имеющихся в нашем распоряжении критериев. Ниже описываются 20 наиболее достоверных критериев метасоматических процессов; из них 15 показаны на фиг. 4.34. Эти фотографии сделаны под микроскопом, но большую часть приведенных критериев можно использовать и в поле.

1. Псевдоморфозы. Если форма ранее существовавшего минерала сохранилась и к тому же различима его внутренняя структура, можно с уверенностью говорить о процессе замещения.

2. Увеличение мощности трещинного выполнения и образование рудных масс неправильной формы на пересечении трещиной химически благоприятных минеральных зерен и горизонтов пород. Увеличение мощности прожилка при пересечении им зерна какого-то определенного минерала означает, что этот минерал является благоприятным для замещения. Увеличение мощности минеральной жилы в пределах какого-то горизонта известняков до размеров крупного плащеобразного месторождения — это то же явление, но выраженное в наибольшем масштабе.

3. Широкое распространение (вне зависимости от кристаллографических направлений) червеобразных вростков вдоль расколов и на границах каких-то участков. Эти червеобразные вростки могут быть приурочены к переднему краю фронта замещения, где процесс еще не завершен. Однако замещение — не единственный путь образования подобных вростков; они образуются также в результате роста кристаллов из эвтектической смеси или распада каких-то медленно охлаждающихся твердых растворов. Для таких первичных вростков характерно, что они следуют кристаллографическим направлениям, поэтому в качестве критериев процессов замещения следует использовать только неориентированные вростки.

4. Островки незамещенного минерала-хозяина или незамещенных вмещающих пород. Например, халькопирит может замещать пирит, но если процесс приостановится до своего полного завершения, в халькопирите останутся реликты пирита.

5. Поверхности контакта, вогнутые в сторону минерала-хозяина. Диффузия ионов на фронте замещения происходит с различными скоростями, в силу чего некоторые части фронта продвигаются быстрее. Следовательно, в процессе замещения образуются вогнутые участки контакта, как будто минерал-хозяин разъедается замещающим минералом.

6. Неодинаковая конфигурация противоположных краев или стенок трещины. В том случае, когда замещение распространяется в стороны от центральной трещины, очертания самостоятельных фронтов в деталях не только не совпадают, но и сильно различаются.

7. Каймы, развивающиеся по кристаллографическим направлениям минерала-хозяина. Замещение может распространяться в стороны от любых небольших трещин, в том числе от трещин кливажа. Например, галенит замещается ковеллином вдоль сети трещин, явно параллельных трещинам кливажа.

8. Ориентированные изолированные обломки. Если включения минерала-хозяина со всех сторон окружены вторичным (метасоматическим) минералом, но если при этом их ориентировка та же, что и у минерала-хозяина в какой-то внешней зоне, то процесс замещения можно практически считать установленным. (Трудности заключаются в доказательстве изолированности обломков.) Обломки могут иметь любой размер, а их ориентировку можно определить по кристаллографическим направлениям, кливажу, слоистости или сланцеватости.

9. Избирательная ассоциация. Поскольку химический фактор относится к числу основных, некоторые минералы или слои пород могут избирательно замещаться, тогда как другие останутся неизмененными. Например, халькозин чаще обнаруживается в ассоциации с халькопиритом, чем с пиритом.

10. Физико-химическая несовместимость метакристаллов и минерала-хозяина. Если установлено, что метакристаллы не могут образоваться в ходе процессов, которые привели к кристаллизации минерала-хозяина, процесс замещения можно считать доказанным. Иными словами, присутствие в одном агрегате химически не связанных компонентов говорит о том, что метакристаллы и минерал-хозяин имеют различное происхождение. Наиболее логично в этом случае считать, что метакристаллы возникли в процессе замещения, а не в результате выполнения открытых полостей. Например, присутствие в кальците кристаллов пирита представляется аномальным, поскольку эти минералы не имеют общих ионов.

11. Границы метакристаллов пересекают первичные структуры. Наличие кристаллов, пересекающих плоскости слоистости или сланцеватости, свидетельствует о том, что эти структуры образовались до метакристаллов. Когда кристаллы возникают не в результате замещения, первичная структура вмещающей породы оказывается нарушенной.

12. Метакристаллы, образовавшиеся в прямой связи с трещинами, плоскостями кливажа или границами кристалла. Поскольку рудоносные растворы внедряются по небольшим трещинам, метакристаллы следует ожидать во вмещающих породах вблизи этих подводящих каналов.

13. Диспропорция в размерах метакристаллов и кристаллов минерала-хозяина. Присутствие крупных кристаллов в тонкозернистой основной массе и мелких — в крупнозернистой свидетельствует, по-видимому, о том, что эти метакристаллы образовались независимо от вмещающей породы.

14. Метакристаллы, отложившиеся вдоль какой-то линии, которую явно можно считать фронтальной зоной изменения. Если отложение происходило в открытой полости, граница между рудными минералами и вмещающей породой должна быть резкой. В процессе замещения, наоборот, происходит постепенное увеличение размеров метакристаллов и их слияние вдоль фронта метасоматоза. Такие фронтальные зоны хорошо определяются там, где происходило прогрессивное увеличение размеров метакристаллов и более полное замещение в направлении от вмещающей породы к руде.

15. Зональность метасоматической колонки, в пределах которой минералы постепенно обогащаются каким-либо компонентом. Например, если полибазит Ag16Sb2S11 подвергается воздействию растворов, обогащенных серебром, в продуктах замещения содержание серебра будет прогрессивно возрастать. Кристаллы или обломки полибазита могут сначала превращаться в аргентит Ag2S, а потом в самородное серебро, что отражает постепенное вытеснение сурьмы и серы. В случае незаконченного процесса ядро обломка может состоять из полибазита, последовательно окаймленного аргентитом и самородным серебром.

16. Сохранность первичных текстур и структур. Некоторые черты осадочных, изверженных или метаморфических пород, а также органические остатки могут сохраняться при образовании по ним псевдоморфоз. Например, складчатые структуры или оолиты могут иметь явно дорудный возраст, а их сохранность в рудах является решающим доказательством процесса замещения, равно как и любая другая псевдоморфоза.

17. Двусторонняя огранка кристаллов. У кристаллов, растущих в открытых полостях, т. е. прикрепленных к одной из стенок, кристаллические грани развиваются лишь на свободном конце. Метасоматические же кристаллы, как правило, имеют симметричную двустороннюю огранку, которая может быть признаком проявления процессов замещения. Однако использование этого критерия должно быть ограничено, поскольку хорошо ограненные кристаллы образуются как при кристаллизации магмы, так и в результате других процессов.

18. Постепенные переходы. В ходе процессов замещения между вмещающей породой и рудным телом могут возникать как резкие контакты, так и постепенные переходы, но при выполнении открытых полостей (по крайней мере в микромасштабах) образуются, как правило, резкие контакты.

Таким образом, постепенность переходов является признаком процессов замещения.

19. Остаточные стойкие минералы. Некоторые минералы остаются устойчивыми по отношению к минерализующим растворам и неизменными после того, как окружающие минералы подвергнутся замещению. Например, известно, что кристаллов циркона или корунда, содержащихся в околорудных кристаллических сланцах, может оказаться столько же и в пределах рудного тела. Такой случай свидетельствует в пользу предположения о замещении рудой какой-то части кристаллических сланцев. Устойчивые минералы можно рассматривать как особый тип островков или незамещенных обломков вмещающих пород (критерий 4).

20. Отсутствие смещений в участках пересечения трещин. Разрастание трещины в процессе выполнения открытой полости приводит к смещению каких-то линейных структур, которые ориентированы косо по отношению к трещине и пересекаются ею. Замещение же пород близ трещины, наоборот, не вызывает смещений косо ориентированных (диагональных) структур. Две системы трещин могут быть участками проявления метасоматических процессов и пересекаться одна с другой без каких-либо смещений по ним. Следует, однако, иметь в виду, что при смещениях по трещинам возможно случайное совпадение разобщенных частей диагональных структур, несмотря на то что жильное тело в основной трещине может быть жилой выполнения.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: