Поведение сульфидов металлов при генерации магмы




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Поведение сульфидов металлов при генерации магмы

Поведение сульфидов металлов при генерации магмы

07.09.2017


Повсеместно наблюдаемая ассоциация медно-молибденовой порфировой минерализации с известково-щелочным вулканизмом, который в свою очередь обычно ассоциируется с границами смежных плит, позволила Силлитоу сделать вывод, что медные порфировые магмы образуются вследствие частичного плавления аномально металлоносных океанических осадков и базальтов в зонах субдукции. Хотя такая модель в общем согласуется с моделью, развиваемой автором, тем не менее аномально металлоносные исходные породы для образования порфировых магм, как оказывается, не требуются. Основные породы, будь то метаморфизованные океанические базальты или нижнекоровые амфиболиты, обычно содержат достаточно меди, чтобы в итоге дать меднопорфировые месторождения при условии интенсивных гидротермальных процессов, действующих в порфировой системе на малых коровых уровнях и ведущих к концентрации металла. Петрографические данные указывают, что неизмененные плутонические роговообманково-биотитовые гранодиориты и кварцевые диориты, содержащие 100 млн-1 и более меди, в большинстве случаев среди рано кристаллизующихся минералов содержат также халькопирит, обычно образующий пойкилитовые срастания с пирротином. Эти особенности свидетельствуют о том, что родоначальные магмы насыщаются медьсодержащим твердым раствором пирротина на относительно ранней стадии кристаллизации и что главным фактором в определении содержания серы в магме является растворимость сульфидов металлов в расплаве в месте его зарождения.
Хотон и др. экспериментально показали, что растворимость серы в безводных базальтовых расплавах при постоянных температуре и фугитивности O2 и S2 прямо зависит от содержания FeO в расплаве. Они рассчитали растворимость серы для гавайского базальтового расплава при 1200°С, fO2 QFM-буфера и fS2 приблизительно равной 1 бар и получили значение 0,1 вес.%, что хорошо согласуется с величиной, измеренной в закаленных стеклах. Эти авторы также утверждают, в соответствии с более ранними работами, что в интервале 1200—1000 °C растворимость уменьшается почти в 5 раз на каждые 100 °C падения температуры; отсюда следует, что растворимость при 1000 °C составляет только 0,004 вес.% (40 млн-1 серы).
С другой стороны, неопубликованные экспериментальные данные, полученные в лаборатории автора в ходе изучения бедных Fe гранитных расплавов при 850°С, находящихся в равновесии с пирротином, с QFM-буфером и раствором первоначально с 1,0 т NaHS, указывают, что содержание серы достигает 0,17 вес.% при давлении H2O 2 кбар. Кроме того, было установлено, что содержание серы систематически уменьшается с увеличением давления H2O вплоть до 6 кбар. Эти данные совпадают с данными Альтхауза и Скиннера, которые также наблюдали сходную растворимость серы и систематическое уменьшение содержания серы с увеличением давления H2O выше 1,0 кбар.
Эти явно противоречивые данные легко приводятся в соответствие с помощью модели растворения, рассмотренной ранее. При очень низких значениях fH2 и в условиях fO2 буфера QFM или ниже, как в экспериментах Хотона и др., главной серосодержащей газовой фазой является SO2. Подобно CO2, SO2 лишь слегка растворима в алюмосиликатных расплавах, так как она не реагирует с мостиковыми О2-. Однако в присутствии H2O при тех же условиях fO2 отношение fH2S/fSO2 возрастает с увеличением fw, поскольку fH2 возрастает пропорционально fw при постоянной fO2, и H2S относительно растворим в расплаве, как S-H-. Таким образом, возрастание fw от некоторой малой величины также обусловливает рост fH2S и, следовательно, XmSH- до точки, где либо, по существу, все находящиеся в водном растворе частицы серы превращаются в H2S и fH2S не буферирована, либо fH2S буферирована соответствующей равновесной минеральной ассоциацией. Эксперименты, упомянутые выше, относятся к первому типу, когда почти все начальное содержание железа расплава (0,3 вес.% Fe) фиксировалось в пирротине, и поэтому fH2S была не буферирована. В результате XSHm-возрастает c fw до рассчитанного максимума в 0,012 (0,2 вес.%) при fw = 0,7 кбар и затем уменьшается, по мере того как равновесие в реакции
H2O(v) + SH-(m) <—> H2S(v) + OH-(m)

смещается вправо. С другой стороны, в более богатых железом недосыщенных H2O расплавах, подобных образовавшимся при частичном плавлении амфиболита, такое равновесие, как
2Fe4Si2O8(m) + 8SH-(m) <—> 8FeS(s) + 8OH-(m) + S4O8(m),

служит для буферирования fH2S, а следовательно, и XSH-m на уровнях, определяемых давлением, температурой и совокупностью равновесных фаз. Поэтому вместо прохождения XSH-m через изотермический и изобарический максимумы с увеличением fw, как это имеет место в обедненных железом, насыщенных H2O экспериментальных расплавах, можно ожидать, что XSH-m возрастет при fw > 0,7 кбар (Xwm > 0,35), хотя и со скоростью, существенно меньшей, чем скорость увеличения XOH-m.
Из вышеприведенной реакции равновесия ясно, что aSH-m изменяется обратно пропорционально корню четвертой степени из (активности компонента Fe4Si2O8). Это означает, что десятикратное увеличение Xfam вызывает уменьшение Zsh- приблизительно только на 50%, так как коэффициенты активности как fa, так и SH- не зависят от их соответствующих мольных долей в алюмосиликатном расплаве. Поэтому возможно, что содержание серы, равное приблизительно 0,2 вес.%, в обедненном железом, насыщенном водой расплаве при 0,7 кбар, 850°С и Xwm = 0,35 близко к величине насыщения в более богатых железом расплавах с аналогичным содержанием H2O, но при температуре в интервале 1000—1100 °C и давлении от 10 до 20 кбар, в которых fw (при Xwm = 0,35) варьирует приблизительно от 4 до 17 кбар.
Следует заметить, что такое содержание (Xwm = 0,35) мало отличается от содержания H2O, характерного для расплавов, образующихся в условиях бесфлюидного плавления при давлениях примерно до 20 кбар (рис. 3.3 и 3.4). Следовательно, из-за того что основные амфиболиты, содержащие до 1,5 вес.% H2O, способны давать лишь около 50% расплава при температурах, соответствующих точкам D и G на рис. 3.3, для получения «насыщенного серой» расплава, возможно, достаточно начальное содержание серы, равное 0,1 вес.%. Если начальное содержание H2O меньше 1,5 вес.%, то образуется меньшее количество расплава и соответственно для получения «насыщенной серой» магмы необходимы более низкие содержания серы в исходной породе. Таким образом, 20% плавящегося метаморфизованного эквивалента среднего океанического базальта (400 млн-1 серы, 87 млн-1 меди и 0,6 вес. % H2O) могут дать «насыщенный серой» расплав кварцевого диорита, который может содержать до 400 млн-1 меди. Такое содержание меди в два или более раз выше содержания, обнаруживаемого обычно в неизмененных порфирах, связанных с меднопорфировыми месторождениями, поэтому нет необходимости связывать меднопорфировые магмы с исходными породами с аномальной металлоносностью.