Метаморфические образования

О метаморфизме рудных минералов до сих пор еще не имеется обобщающих работ. Поэтому необходимо не только более полное изложение отдельных положений, но и основательное рассмотрение имеющегося материала.

 «Горные породы и месторождения, которые целиком либо в отдельных частях существенно и специфически преобразованы в результате воздействия процессов, не связанных ни с участием составных частей атмосферы, ни с процессом их образования, называются метаморфизованными».

Метаморфизм горных пород подробно изучен, и по многим вопросам можно уже вынести единое и до известной степени окончательное суждение. Рассмотрение этих вопросов выходит за рамки настоящей работы, однако при исследовании метаморфизма руд и рудных месторождений, поскольку в широком смысле слова они тоже являются горными породами, следует постоянно обращаться к знаниям, полученным при изучении метаморфизма горных пород.

Написание отдельной главы о метаморфизме руд вызвано необходимостью применения при его исследовании иных методов; новизна материала требует проверки многих хорошо известных для прозрачных минералов фактов на примерах непрозрачных рудных минералов.

Существует множество исследований, посвященных метаморфизованным рудным месторождениям; их рассмотрение приводится в описательной части данной работы. Следует отметить, что многие работы, посвященные этому вопросу, не выходят за рамки «краткого обзора», но есть также работы, в которых тот или иной материал рассматривается весьма детально.

Процессы «автометаморфизма»

Среди них работы Углова, Линдгрена и Ирвинга, Фреболда, Хуттенлохера, Рамдора и Шнейдерхёна, а также Дрешера и Маухера. Однако до сих пор ничего не было известно о сопоставлении и обобщении всех или, по крайней мере, наиболее важных из относящихся сюда явлений, хотя Шнейдерхён выдвинул эту проблему и для минераграфии.

Если мы вернемся к определениям, приведенным выше, то окажется, что и в настоящей главе придется встретиться с трудностями, аналогичными тем, о которых говорилось раньше (трудности, связанные с классификацией, и др.). На такие случаи будет обращено внимание в соответствующих разделах. Необходимо отметить, что здесь не принимаются во внимание процессы, связанные с отголосками рудообразования, т. е. процессы «автометаморфизма». Кроме того, оставлены в стороне — в противовес обычаю, установившемуся в Америке,— такие природные агенты, как мороз и жара, дождь, ветер, лед, растительность, которые обусловливают процессы, изменяющие месторождение механически, а также поверхностные воды, кислород воздуха, углекислота и др., изменяющие месторождение химически.

Если приходится иметь дело с затрудняющим понимание процессов многократным процессов метаморфизма позволяет разделить их, и довольно легко в типичном случае, на весьма различные группы:

Метаморфизм вследствие изменения температуры и частично всестороннего давления. Сюда относятся метаморфизм вследствие воздействия глубинных и излившихся пород и изменения, обусловленные опусканием на большие глубины, а также регрессивный метаморфизм при понижении температуры и уменьшении давления, с которым весьма сродствен диафторез при метаморфизме направленного давления. Как теоретически, так и практически трудно учесть влияние часто очень действенных, даже в небольших количествах, легколетучих веществ, поступающих из магмы или мобилизуемых из боковых пород; по этому поводу можно привести лишь краткое указание.

Метаморфизм под воздействием направленного давления, являющегося главным фактором, с участием температуры и всестороннего давления. Здесь необходимо сказать о деформации вообще и о влиянии деформации на кристаллическую структуру минерала, о перекристаллизации и др. Относящийся сюда круг вопросов весьма подробно рассмотрен в работах Зандера и Шмидта, однако оба ссылаются почти исключительно на силикаты, и, кроме того, эти работы трудно читаются. Очень краткий и четкий обзор дал Ингерсон.

Для большей достоверности в качестве примеров приводятся наблюдения автора и только иногда, там, где это необходимо, привлекаются часто ненадежные, литературные данные.

Метаморфизм вследствие изменения температуры и всестороннего давления. Форма и минеральный состав каждой горной породы и каждого месторождения обусловлены наряду со многими другими факторами температурами и давлениями, господствовавшими при их образовании.

Коль скоро эти факторы не остаются постоянными в ходе дальнейшей истории месторождения, то следует ожидать, что, как только величина этих факторов выходит за известные пределы, парагенезисы, отдельные минералы и многие структуры перестают быть стабильными и изменяются или, по крайней мере, проявляют к тому стремление.

Очень немногие минералы остаются неизменными, в частности как при температурах и давлениях затвердевания глубинных пород, так и при температурах и давлениях, господствующих на поверхности Земли. Таким образом, существуют глубинные породы, которые разрушаются на поверхности Земли, и соответственно поверхностные горные породы, которые, попадая в условия температур и давлений глубинных пород, также проявляют склонность к преобразованию. Существует общее правило, согласно которому понижение температуры замедляет, а повышение ускоряет течение реакции (относительно, конечно); образовавшиеся при более высокой температуре горные породы могут сохраняться на поверхности (если не принимать во внимание выветривание) очень долго, практически бесконечно, в то время как поверхностные горные породы в условиях глубинных пород очень быстро и более или менее полно изменяются. Глубинные породы образуются при высоких давлениях, которые частично или даже полностью предотвращают улетучивание газов, в силу чего затвердевание идет медленно. Излившиеся породы, наоборот, застывают быстро, так как при низких давлениях газы могут улетучиваться сравнительно свободно. Это обусловливает основное различие процессов, происходящих при контактовом воздействии глубинных или излившихся пород на месторождения и горные породы.

Таким образом, необходимо различать метаморфизм в связи с глубинными и излившимися породами. В геосинклинальных областях горные породы и месторождения обычно осадочного происхождения. Они часто покрыты сотнями и даже тысячами метров осадков, вследствие чего попа дают в диапазон таких температур и давлений, которые вызывают заметный, иногда сильный метаморфизм вследствие нагрузки вышележащих пород. Во многих отношениях этот метаморфизм носит отличительные черты внешних областей контактовых ореолов глубинных пород, но характеризуется весьма широким региональным распространением; иногда по характеру малых и больших структур удается установить, что процессы преобразования протекали очень медленно.

Метаморфизм вследствие воздействия глубинных пород на эксплуатируемых месторождениях наблюдался пока редко; высказываемые о его наличии предположения не всегда достаточно хорошо обоснованы.

Естественно, что при чрезвычайной распространенности железосодержащих горных пород вероятность нахождения их в метаморфизованном состоянии очень велика. Автор приводит весьма наглядный пример на материале из Гарца, где можно проследить все стадии метаморфизма осадочных (по привносу веществ) эксгалятивных проявлений красных железняков «Остеродеского диабазового пояса». 

Марганцевые руды контактовых ореолов

Красный железняк и сидерит превращаются в магнетит, размеры зерен которого постепенно увеличиваются; пирит переходит в пирротин, а тюрингитовидный силикат железа дает фаялит и др. Если в горных породах содержится кварц, то во внутреннем контактовом ореоле он реагирует с магнетитом при образовании фаялита. Весьма наглядно иллюстрируют увеличение размера зерен без существенного изменения состава с приближением к контакту. Небольшое количество шпинели растворяется в магнетите и при охлаждении вновь выделяется в форме обычных продуктов распада. В то же время наблюдается арсенопирит, образовавшийся, по-видимому, в результате извлечения мышьяка из гелевидного пирита исходного месторождения, а также халькопирит, давления были таковы, что даже в непосредственной близости к контакту пирит только частично диссоциирован и еще мог образовывать крупные порфиробласты. Сульфид железа здесь прослеживается вплоть до пород смешанного состава. Сера, освобожденная при диссоциации пирита, преобразует содержащееся в других формах железо в пирротин.

Вполне аналогичные проявления имеются также и в других районах. Так, например, Швартц и Бродерик  описали контактовое изменение Ганфлинтской железной формации и железной формации Месаби под воздействием дулутских габбро. Описанное Цапффе образование фаялита имеет здесь, однако, незначительные масштабы. Обширные, сами по себе нерентабельные участки месторождения (37% Fe) становятся рентабельными, так как благодаря образованию магнетита руды поддаются магнитному обогащению (концентрат содержит 60% Fe — см. Кук. Аналогичная картина наблюдается в Мансьёбергене, железные руды и фаялитовые породы которого описал Эккерманн. иногда изучение некоторых мигматитов позволяет объяснить своеобразное поведение части магнетита дулутских габбро. Кроме того, сюда могут относиться некоторые «ортомагматические» титаномагнетитовые месторождения, бедные титаном.

Грандиозны месторождения области Нагпур-Кодур в Бенгалии вследствие большого разнообразия первичных руд, а также вследствие различной интенсивности контактового воздействия. Обстановка здесь очень неясная. Распространены браунит, вреденбургит, ситапарит, голландит и, кроме того, некоторое количество марганцевых силикатов. Там, где происходит расплавление, образуются весьма своеобразные породы смешанного состава. К более ясным, но весьма однообразным относятся проявления возле Дармштадта, где осадочные, по-видимому кульмские, марганцевые руды в непосредственной близости к контакту с гранитом превращены в браунит. Одновременно образовались виридин, марганцевый мусковит и пьемонтит. Возможно, к этому же типу относятся также много раз описанные месторождения Лонгбан, Якобсберг и др. в Вермланде.

Латерито- и бокситовидные породы являются, по-видимому, исходным материалом для наждаков Смирны и Наксоса. С точки зрения микроскопии здесь интересны магнетит и ильменит.

Породы смешанного состава

Очень мелкие проявления наждака в габбро Франкенштейна в Оденвальде представляют уже тип породы смешанного состава; магнетит благодаря поглощению титана превратился в нормальный титаномагнетит. Гофман считает, что в пентландитовом месторождении Матустер близ Рустенбурга в Трансваале имел место контактовый метаморфизм глубинной породы под воздействием другой глубинной породы (нефелинового сиенита Пилансберга), который привел к полному переплавлению сульфидной составляющей этой породы и к обособленному внедрению сульфидов. Я отклоняю это толкование по причинам здесь не приводимым. Более крупные осадочные сульфидные проявления, обязанные своим происхождением контактовым воздействиям глубинных пород, до сих пор, по-видимому, не описаны, однако первые данные об этом стали известны благодаря Гольдшмидту, это — алунитовые сланцы из контакта. В таких случаях пирит почти всегда переходит в пирротин, битумы — в графит. Графит является продуктом контактового воздействия глубинных пород на угли и углеводороды и часто упоминается, но микроскопически пока не описан.

Метаморфизм в связи с излившимися породами. В данном случае это также железорудные месторождения, на которых метаморфизм наблюдался в первую очередь. Очень малые размеры контактового ореола, конечно, снижают возможность обнаружения и изучения его, а также промышленную ценность. С теоретических позиций и вследствие аналогий с металлургическими процессами, а также благодаря несложности экспериментирования эти изменения со временем будут иметь большой интерес. Однако до сих пор об этом известно сравнительно мало.

Уже давно наблюдались изменения, которым подверглись сидеритовые жилы Зигерланда вследствие прорывов базальтовых лав, происшедших в четвертичный период. Тщательные микроскопические исследования их проводились в Ахенском институте. Сидерит переходит в магнетит в первую очередь по границам зерен, трещинам спайности и разрывам. Зона воздействия очень мала — 10-20 см. Образовавшийся магнетит исключительно тонкозернист и часто расположен в сидерите по неясно выраженным зонам. В непосредственной близости к контакту сидерит полностью разложен и переходит в порошкообразную магнетитовую массу, красящую аналогично землистому пиролюзиту. Кроме того, происходит интенсивное изменение халькопирита, который всегда в небольших количествах содержится в сидерите. Прежде всего, при приближении к контакту образуются пластинчатые срастания халькопирита и халькопирротина, количество которого по отношению к халькопириту постепенно возрастает; иногда образуется, возможно, за счет пирротина, тонкопластинчатый валлериит. Далее образуются поры, и выделяется магнетит, т. е. наступает частичное окисление. Возможно, вследствие того что железо постепенно выделяется в форме магнетита, образуется промежуточный борнит.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.