Кафедра геологии Курсовая работа на тему: "Контактово-метасоматические горные породы"

Кафедра геологии


Курсовая работа
на тему: “Контактово-метасоматические горные породы”
...

1. Сокращенные названия минералов ………………………………. 3
2. Метасоматические горные породы ………………………………. 4
3. Принципы систематики метасоматитов …………………………. 5
4. Метасоматиты, равновесные с нейтральными
растворами ………….…………………………………………..…. 5
4.1 Скарновая фация…………………………………………………… 6
4.1.1 Магнезиальные скарны …………………………………………. 6
4.1.2 Известковые скарны …………………………………………….10
5. Метасоматиты, равновесные с нейтральными
растворами ………..……………………………………………..... 12
5.1 Фация полевошпатовых метасоматитов ………………………... 12
5.1.1 Альбититы ……………………………………………………..... 13
6. Метасоматиты, равновесные с кислыми
растворами …………..…………………………………………..... 16
6.1 Филлизитовая фация ……………………………………….…….. 16
6.1.1 Грейзены …………………………………………….……..….…16
6.2 Фация вторичных кварцитов …………………………………..... 20
7. Физические, физико-механические,
инженерно-геологические свойства ……………...…………....... 25
7.1 Плотность физических тел ………………………………………. 25
7.1.1 Плотность горных пород, образовавшихся
при контактовом метаморфизме ……………………...………… 26
7.2 Магнитные свойства горных пород …………………………...... 26
7.2.1 Магнитные свойства метаморфических пород …………...….. 27
7.3 Электрические свойства ……………………………………...….. 27
7.3.1 Удельное электрическое сопротивление
метаморфических пород ……………………………………….... 28
7.4 Теплофизические свойства …………………………………….... 30
7.5 Ядерно-физические (радиоактивные) свойства ……………...… 31
8. Список литературы …………………………………………...…… 32

Метасоматические горные породы в отличие от производных аллохимического метаморфизма развиваются более локально и в изохорических системах, что постулировал в свое время еще В. Линдгрен, сформулировавший “правило постоянства объема при метасоматозе”.
Если характерными метаморфическими процессами являются полиморфные превращения минералов, тип метасоматических процессов лучше всего представляет образование псевдоморфоз. В них особенно наглядно выражено постоянство объема при замещении, всегда сопровождающимся значительным привносом – выносом вещества, что само по себе определяет воздействие на породы растворов высокой химической агрессивности. Это принципиально отличает метасоматические процессы от метаморфических.
Изохорический характер метасоматических реакций предопределяет их независим ость от литостатического давления и, следовательно, от глубинности, по отношению к которой выделяются минеральные фации метаморфических пород. Однако с глубиной возрастает флюидное давление. Этим фактором определяется своеобразие метасоматических процессов, которые зависят от глубины их развития.
Теория метасоматических процессов была разработана Д. С. Коржинским, который подразделил их на раннюю щелочную (высокотемпературную), кислотную и позднюю щелочную (низкотемпературную) стадии. Это подразделение было дано Д. С. Коржинским для постмагматических процессов, сопровождающих гранитный магматизм, сам по себе порождающий кислотные гидротермальные растворы, богатые фтором, хлором и другими кислотными компонентами. Однако при взаимодействии с вмещающими карбонатными породами эти растворы могут терять кислотные свойства и приобретать слабощелочную реакцию. Это и определяет образование метасоматических пород, относимых Д.С. Коржинским к ранней щелочной стадии. Это в основном скарны – магнезиальные (в контактах с доломитами) и известковые (в контактах с известняками). К высокотемпературной щелочной стадии можно отнести и метасоматические породы, связанные со щелочными интрузиями (фениты и др.) или развивающиеся в гипербазитах.

Условия залегания метасоматитов. Альбититы встречаются главным образом в трех геологических обстановках: 1) в зонах глубинных разломов, пересекающих фундамент древних кратонов; 2) вблизи контактов щелочных интрузивов; 3) в апикальных частях интрузивных массивов, сложенных щелочными гранитами. Форма залегания метасоматитов – крутопадающие линзы, пластовые и жилоподобные тела, реже штокверковые и неправильной формы залежи. В щелочных гранитоидах альбититы локализуются в апикальных участках куполов или их гребневидных выступах, апофизах и дайках. Протяженность зон интенсивной альбитизации измеряется десятками-сотнями метров, иногда первыми километрами. Мощность варьирует от нескольких метров до десятков, реже – сотен метров.Минеральный состав. Главные новообразованные минералы: альбит (An1-5), щелочные пироксены и амфиболы, реже биотит, магнетит и гематит. Второстепенные и акцессорные минералы: циртолит и малакон, колумбит, торит, браннерит, уранинит, касситерит и флюорит.Альбит представлен двумя генерациями. К первой из них относят относительно крупные кристаллы, замещающие плагиоклаз, полевой шпат и кварц исходных пород. По плагиоклазу развиваются относительно идиоморфные таблитчатые кристаллы альбита с полисинтетическими двойниками; K-Na полевой шпат замещается широкотаблитчатыми кристаллами и неправильными зернами шахматного альбита, кварц – сахаровидным зернистым агрегатом альбита со слабо проявленным двойниковым строением. Альбит второй генерации, слагающий мелкие пластинчатые кристаллы и лейсты, характерен для зон максимального метасоматического замещения исходных пород. Кристаллы альбита располагаются либо беспорядочно, либо образуют сноповидные и веерообразные агрегаты.Новообразованные пироксены альбитизированных пород относятся к рядам эгирин-авгит и эгирин-диопсид. Во внутренних зонах метасоматических колонок содержание эгиринового компонента в пироксенах превышает 80 мол.. В пироксенах с небольшой долей эгирина обычно проявлена зональность, а предельно натриевые эгирины отличаются отсутствием зональности. Они образуют длиннопризматические кристаллы со слабо развитыми концевыми гранями, окрашенные в желтоватые или зеленоватые тона. Характерны агрегаты с волокнистым строение.Амфиболы, возникшие на начальной стадии метасоматического изменения, состав, промежуточный между гастингситом и арфведсонитом. При более интенсивном метасоматизме появляются рибекит, родусит, кроссит, в богатых алюминием породах – глаукофан. Все эти минералы, которые можно различить только по оптическим свойствам, слагают тонкоигольчатые кристаллы. Широко развиты спутанноволокнистые агрегаты, пучки, скопления кристаллов, облекающие зерна альбита. Описаны метасоматиты с крокидолитом – голубым асбестом, который является своеобразной морфологической разновидностью Na-амфиболов. Эти породы имеют брекчиевую текстуру: обломки, замещенные альбитом и эгирином, цементируются крогидолитом, который отвечает по составу рибекиту или родуситу.Химический состав. По сравнению с исходными породами альбититы обогащены Na, Al, F, Fe3+, обеднены Ca, Mg, Fe2+, в меньшей степени K. Вне зависимости от исходного субстрата альбитизация сопровождается привносом Si за исключением единственного случая, когда протолитом являются ультракислые аляскиты и лейкограниты; характерно накопление Nb, Ta, Zr, U, Th и редкоземельных элементов.Внешний облик. Альбититы, образованные по гнейсам, отличаются полосчатой или гнейсовидной текстурой, мелкозернистой структурой и высоким содержанием цветных металлов. Породы имеют серую или бурую окраску, которая при наличии большого количества рибекита приобретает синеватый оттенок. По сиенитам и гранитам развиваются средне- и крупнозернистые альбититы более светлого серого и розоватого цветов. Мелкозернистые альбититы имеют сахаровидный облик.Микроструктура гранобластовая, нематогранобластовая, лепидогранобластовая.Стадийность и зональность метасоматитов. Щелочной метасоматизм начинается с образования пертитов замещения в K-Na полевом шпате, которые, разрастаясь, превращаются в конечном итоге в полные псевдоморфозы альбита. Также псевдоморфно замещается альбитом плагиоклаз. При этом внутри зерен альбита сохраняется много замутненных участков и чешуек серицита, приуроченных к реликтам первичного плагиоклаза. Кварц подвергается грануляции и перекристаллизации. По цветным минералам развиваются щелочные амфиболы и щелочные пироксены.Во многих случаях устанавливаются два этапа минералообразования, разделенные катаклазом и брекчированием пород. На втором этапе альбит, развитый по плагиоклазу, очищается от включений, появляется лейстовый альбит , кварц частично или полностью замещается сахаровидным альбитом, в центре брекчии образуется крокидолит.Зональность метасоматитов выражена в том, что альбититы, залегающие во внутренней (тыловой) зоне метасоматической колонки, сменяются альбитизированными породами внешней (фронтальной) зоны, а те, в свою очередь, пропилитами, которые состоят из альбита, хлорита, эпидота, карбоната и окаймляют зоны интенсивной альбитизации. Минералы позднего пропилитового парагенезиса можно обнаружить и в самих альбититах и альбитизированных породах.Примеры метасоматических колонок зон альбитизации вблизи глубинных разломов, на контактах щелочных интрузивов и в апикальных частях гранитных массивов приведены ниже по данным Б.И. Омельяненко (1978г.), Л.П. Перчука (1966г.), А.А. Беуса (1962г.) и др.Биотитовый гранитКв + Ми + Аб + Риб + ГемКв + Аб + Риб + ГемАб + Риб + ГемАб + ЭгНефелиновый сиенит: Аб + Би + Неф + Ми + ПиАб + Эг + Неф + МиАб + Эг + НефАб + ЭгАбБиотитовый гранит: Олиг + Кш + Кв + Би + МтОл + (Кш) + Ми + Кв + Би + МтАб + Ми + Кв + Би + МтАб + Ми + Кв + РибАб + Кв + РибАб + Кв + ЭгАб +КвОбычно метасоматизм завершается на образовании трехминеральных ассоциаций и только при максимальном изменении в тыловых зонах колонок возникают биминеральные ассоциации альбит + кварц, альбит + эгирин, или маломощные мономинеральные альбитовые зоны.Метасоматическая колонка, полученная Г.П. Зарайским и В.И. Зыряновым 1972 в опытах по моделированию альбитизации имеет следующий вид:Ол + Би + Кш + КвАб + ЩАм + Кш + КвАб + ЩАм + КшАб + ЩАмУсловия эксперимента: тонкораздробленный биотитовый гранит в течение 430 ч реагировал с одномолярным раствором NaF при T=550 C и P=100 МПа.Строение колонки соответствует тем сочетаниям метасоматитов, которые наблюдаются в природных зонах альбитизации.Альбититовые месторождения связаны с разновозрастными интрузивными комплексами кислого и щелочного состава малых и средних глубин. Размещаются они в апикальных частях, апофизах, куполовидных выступах интрузивных массивов и часто контролируются зонами разрывных тектонических нарушений. Локализация оруденения в пределах апикальных участков объясняется тем, что здесь возникли зоны пониженного давления, длительное время служившие коллекторами рудообразующих растворов, выделявшихся из глубоких частей интрузивных массивов.Рудные тела месторождений – преимущественно штокверки и менерализованные зоны дробления – обладают сложным вещественным составом. Площадь развития оруденения достигает нескольких квадратных километров, глубина распространения – первые сотни метров, реже до 600 м.К альбититам приурочены месторождения тантала, ниобия, тория, урана, редких земель, циркония. Они развиты на территории России, КНР, Индии, Намибии, Нигерии, Канады, Бразилии.6. Метасоматиты, равновесные с кислыми растворамиКислотный метасоматизм (или кислотное выщелачивание) приводит к образованию грейзенов, цвиттеров, слюдитов, березитов, вторичных кварцитов и других метасоматитов. Сущность кислотного выщелачивания заключается в интенсивном выносе оснований (Fe, Mg, Ca, Na, K) и образовании в зонах максимального метасоматического изменения минералов, сложенных наиболее кислотными компонентами: кремнеземом и глиноземом, в предельном случае – одного кварца.К кислотным метасоматитам приурочено редкометальное оруденение (Be, Sn, W, Mo), медь, драгоценные металлы и глиноземистое сырье.По T-pH условиям процесса метасоматиты кислотного выщелачивания объединяются в три главные фации: 1) филлизитовую (грейзены, цвиттеры, слюдиты и др.); 2) вторичных кварцитов и 3) аргиллизитовую.6.1 Филлизитовая фацияК филлизитовой фации относятся продукты средне- и низкотемпературного метасоматизма, возникающие под воздействием кислых (pH=3-5) хлоридно-фторидными растворами, содержащими литий и бор. Типоморфными минералами этих пород являются литийсодержащие слюды, флюорит и топаз.6.1.1ГрейзеныГрейзены – это метасоматиты, сложенные кварцем, слюдами и (или) топазом. Термин грейзен издавна использовался немецкими горняками для обозначения серых гранитов с вкрапленностью касситерита (grausen – серый на нижнегерманском диалекте).Исходные породы. Грейзены образуются при метасоматическом изменении гранитоидов, кислых вулканитов, алюмосиликатных осадочных и метаморфических пород.Условия залегания метасоматитов. Грейзены ассоциируют с плутонами лейкоктатовых гранитов, верхние кромки которых в момент формирования располагались на глубинах от 1.5 до 4.0 км. Метасоматиты развиваются вблизи апикальных частей интрузивов, как в самих гранитах, так и во вмещающих породах. Могут быть выделены сплошные зоны приконтактовой грейзенизации площадью до 10 км2 и мощностью до 300-400 м и локальные грейзеновые тела жильной, пластовой, трубообразной и неправильной формы протяженностью в десятки-сотни метров, мощность которых обычно не превышает нескольких метров.Минеральный состав. Главными типоморфными минералами грейзенов являются слюды, кварц, топаз и реже альбит. К второстепенным и акцессорным минералам относятся новообразованный K-Na полевой шпат, флюорит, берилл, касситерит, вольфрамит. Реже встречаются андалузит, корунд и гранат спессартин-альмандинового ряда.Количественный минеральный состав грейзенов изменчив, что было положено Р.Кюне (1970 г.) в основу их классификации. Преобладают слюдяно-кварцевые и кварц-слюдяные разности с количеством слюды от 15 до 60 об., реже встречаются кварцевые и топазсодержащие грейзены. Редкие породы с аналузитом и корундом, которые пространственно связаны с малыми интрузивами гранит-порфиров, являются промежуточным звеном между грейзенами и вторичными кварцитами.Слюды грейзенов представлены мусковитом-фенгитом, содержащим парагонитовую (натриевую) молекулу, или лепидолитом. Доля фтора в слюдах всегда значительна и достигает в мусковите 2.5-3.0 мас., а в лепидолите 8.0 мас.. Мусковит обычно представлен несколькими разновидностями. Ранний мусковит псевдоморфно замещает листочки биотита исходных гранитов и часто содержит ориентированные по направлению плоскостей совершенной спайности включения рутила, флюорита и пирита, возникшие за счет компонентов биотита. Солее поздняя разновидность мусковита в виде чешуек различного размера входит в слюдяно-кварцевые псевдоморфозы по полевым шпатам и корродируется топазом и поздним кварцем.Кварц представлен двумя, а иногда и большим количеством генераций. К раннему кварцу относятся крупные изометричные зерна, которые, видимо, образуются за счет грануляции и последующей собирательной перекристаллизации кварца исходных гранитоидов. Поздний кварц – это мелкие причудливой формы выделения со ступенчато-извилистыми границами, замещающие вместе с мусковитом полевые шпаты. Кварц переполнен газово-жидкими включениями с высокой минерализацией. Содержание NaCl и других компонентов во включениях иногда достигает 20-40 мас..Топаз наблюдается в виде зернистых агрегатов, кучных гранобластовых скоплений, игольчатых или призматических кристаллов и микрозернистых выделений сферолитового строения. Топаз относится к фтористой разновидности с 13-18 мас. фтора.Плагиоклаз грейзенов представлен альбитом (An1-9), полевые шпаты (микроклин, реже ортоклаз) развиты во внешних зонах метасоматических колонок или слагают поздние прожилки.Турмалин (шерл) обычно окрашен в зеленовато-синий цвет и резко плеохроирует от светло-коричневого по Np до зелено-синего по Ng. Он приурочен к внешним зонам и является более поздним по отношению к слюдам и кварцу.Химический состав. Грейзенизация сопровождается привносом воды, Si, F, Li и реже B. Так, если среднее содержание воды в неизменных гранитах составляет 0.6-0.7 мас., то в грейзенах оно достигает 2.3-3.0 мас., в среднем составляя 1.0 мас.. Количество фтора, важнейшими концентраторами которого являются топаз и слюды, возрастает от 0.1-0.2 мас. в гранитах до 4.8 мас. в топазовых грейзенах. Привнос SiO2 при грейзенизации устанавливается во всех случаях, кроме мусковитовых грейзенов, в которых количество кремнезема по сравнению с исходными гранитами несколько снижается. В кварцевых грейзенах содержание SiO2 максимально и достигает 89-94 мас.. Литий и калий в начале процесса обычно накапливаются в слюдах, а на конечных его стадиях выносятся вместе с алюминием. Кальций и магний при грейзенизации выносятся.Таким образом, для грейзенизации характерен привнос H+, F, Si, а также Li и B и вынос Ca и Mg, к которым может добавляться Na и K при наиболее интенсивном изменении.Внешний облик. Благодаря обилию слюды, флюорита, топаза грейзены легко определяются уже при макроскопическом изучении. От близких по минеральному составу слюдяно-кварцевых метаморфических пород они отличаются беспорядочным расположением чешуек слюды, сохранением реликтовых минералов, структур и текстур исходных пород, присутствием многочисленных прожилков, сложенных слюдами, кварцем и другими минералами. Грейзены окрашены в светло-серый, серый, зеленовато-серый и зеленый цвета, присутствие топаза придает им голубоватый оттенок. Текстуры метасоматитов разнообразны и во многом зависят от строения исходных пород. Наиболее типичны массивная текстура, а также полосчатая, пятнистая, брекчиевидная, плотная и ноздревато-пористая текстуры. Микроструктуры грейзенов зависят от интенсивности метасоматизма. Можно проследить постепенные переходы от бластогранитовой, бастопорфировой и бластопсаммитовой структур к гетеробластовой, грано- и лепидобластовой, гломеробластовой и нематогранобластовой. Гранобластовая структура типична для кварцевых и топазовых грейзенов. Гломеробластовая структура определяется наличием скоплений зерен одного минерала, например, топаза или флюорита. Турмалин-кварцевые грейзены обладают нематогранобластовой структурой.Стадийность и зональность метасоматитов. Последовательность замещения новообразованными минералами наиболее отчетливо устанавливается при грейзенизации гранитов. Прежде всего становится неустойчивым биотит, который превращается в агрегат мусковита, магнетита и флюорита. Олигоклаз испытывает деанортитизацию, а позднее замещается мусковитом. По иному протекает разложение K-Na полевого шпата. На первом этапе перекристаллизацию и частичное замещение пластинчатым кварцем, проникающим по ослабленным направлениям в полевой шпат и как бы клиньями расчленяющим его. В дальнейшем полевой шпат испытывает альбитизацию и только после этого замещается кварц-мусковитовым агрегатом. Таким образом, имеет место избирательное замещение полевых шпатов мусковитом и относительная устойчивость калиевого полевого шпата в кислотных растворах. Окончательное разложение калиевого полевого шпата фиксирует переход от грейзенизированных гранитов к кварц-мусковитовым грейзенам с гранолепидобластовой структурой.Итак, последовательность замещения магматических минералов гранитов такова:Би Пл Кш.При дальнейшем усилении грейзенизации становится неустойчивым мусковит, который замещается кварцем и топазом; при этом формы топазовых выделений могут быть самыми разнообразными: зерна, порфиробласты с многочисленными ответвлениями, звездчатые скопления игольчатых или призматических кристаллов. Грейзены с пятнистыми выделениями топаза обладают гломеробластовой, порфиробластовой или нематобластовой структурами. В зонах максимального изменения формируются кварцевые грейзены с гранобластовой структурой, в которых топаз сохраняется редко и имеет вид разобщенных и корродированных реликтов, иногда еще сохраняющих единую оптическую ориентировку. Одним из наиболее поздних минералов грейзенов является флюорит, кристаллы которого обладают причудливыми формами и цементируют мусковит и кварц поздних генераций. В конечном итоге грейзенизация приводит к образованию кварца или агрегата кварца и слюды.Метасоматическая зональность наиболее отчетливо выражена в жильных грейзеновых телах, которые имеют симметричное строение относительно осевых жил или рудоконтролирующих трещин. В крупных грейзеновых куполах зональность асимметрична по отношению к апикальной поверхности гранитов и выражена менее отчетливо.Типичная метасоматическая колонка была изучена в районе Кураминского хребта Г.А. Лисициной и Б.И. Омельяненко в 1961 г. Гранит: Кв + Кш + Ол + Би + Мт Кв + Му + Кш + Аб + Мт Кв + Му + Кш + Аб Кв + Му + Кш4а. Кв + Му4б. Кв + То5. КвЭтот 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.)ГранитКв + Кш + Аб + Би + МуКв + Кш + Аб + МуКв + Аб + МуКв + Му + ФлюМу + ФлюДля редких андалузитовых грейзенов Дальненского гранитного плутона Казахстана Д.М. Захаровой (1956 г.) описана оригинальная метасоматическая колонка, в которой андалузит занимает место топаза:Биотитовый гранитКв + Кш + Пл + Би + МуКв + Кш + Пл + МуКв + Му + КшКв + Му + АндМу + АндЕсли 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 кварцитовК 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.