Подвижные компоненты сульфидных минералов




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


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Подвижные компоненты сульфидных минералов

Подвижные компоненты сульфидных минералов

11.09.2017


Минеральные системы как буферы и индикаторы. Заслуживает обсуждения концепция подвижных компонентов, предложенная Коржинским, Томпсоном и другими исследователями. В минералогическом правиле фаз подразумевается, что давление и температура минералообразования контролируются извне. В общем это допущение справедливо, так как очень немногие реакции потребляют или выделяют количества тепла или сопровождаются изменениями объема, достаточными для того, чтобы контролировать (или поддерживать) температуру и давление среды минералообразования.
Кроме температуры и давления, которые контролируются внешней средой и, следовательно, закрепляют за собой две степени свободы, извне может задаваться также химический потенциал (фугитивность, активность) ряда компонентов в подсистеме. Тогда прежде, чем описать состояние подсистемы, необходимо по аналогии с температурой и давлением охарактеризовать химический потенциал этого компонента в подсистеме. На это дополнительно израсходуются степени свободы, по одной на каждый из контролируемых извне химических потенциалов.
В большинстве случаев исследования горных пород и руд проводятся намного позже времени их формирования, и поэтому среда, в которой происходило их становление, недоступна для непосредственного изучения. Концепция открытых систем, предложенная Коржинским, дает возможность реконструкции условий такой обычной геологической ситуации, когда трудно определить не существующую ныне замкнутую (закрытую) систему, в рамках которой формировалась минеральная ассоциация. Этот путь позволяет выявить наиболее существенные особенности среды минералообразования по сохранившейся подсистеме (т. е. минеральной ассоциации), исходя из того положения, что конкретная минеральная ассоциация, находящаяся в данной точке, может определяться контролируемыми извне средами, такими, как движущийся флюид или проникающие газы атмосферы. Если активность компонента в минеральной ассоциации полностью определяется активностью его во внешней среде и изменяется при переходе вещества через границу субсистемы в результате неких изменений во внешней среде, то данная подсистема открыта относительно этого компонента, а сам компонент называется подвижным. Совершенно ясно, что если в изотермических условиях активность подвижного компонента будет время от времени изменяться, что вполне возможно, то состав минеральной ассоциации или состав входящих в нее минералов также изменится. Максимальное число фаз, способных сосуществовать в равновесии, сокращается на единицу, так как на каждый подвижный компонент расходуется одна степень свободы. Следовательно, детальное изучение последовательности формирования минеральных ассоциаций должно, по крайней мере в идеальном случае, показать, имеются ли подвижные компоненты в рассматриваемой субсистеме и если имеются, то сколько их.
Коржинский, Томпсон и Зен разделили компоненты на два класса:
1. Компоненты, активность которых не контролируется минеральными ассоциациями, к которым они принадлежат, но контролируется некой более крупной, чем сама система, внешней средой. Такие компоненты были названы вполне подвижными, активными или компонентами, задаваемыми граничными условиями (boundary value). Здесь они именуются просто подвижными. Напомним, что подвижность компонента дает дополнительную степень свободы и что всегда можно выбрать другую, обычно более сложную систему, в пределах которой данный компонент уже не может считаться подвижным. Например, в процессе осаждения окислов железа в условиях озера с хорошей перемешиваемостыо воды фугитивность кислорода в озерной воде и в осаждающихся из нее минералах контролируется огромным резервуаром атмосферы. В системе озерная вода + осадок кислород является подвижным компонентом, или, другими словами, данная система избирательно открыта в отношении кислорода. Ho если выбрана система озерная вода + осадок + атмосфера, то компонентов в ней станет больше, но она будет закрытой в отношении кислорода.
2. Компоненты, активность которых буферируется минеральной ассоциацией, к которой они принадлежат. Такие компоненты были названы инертными, неактивными или компонентами, задаваемыми начальными условиями (initial value). Эффект буферирования может осуществляться любым из двух способов: посредством буферов с фиксированной точкой (т. е. активность компонента поддерживается на определенном уровне) или буферов с непрерывной шкалой (активность компонента меняется непрерывно согласно изменению буфера). Максимальное число фаз, допускаемое минералогическим правилом фаз, реализуется в случае буфера с фиксированной точкой. В качестве примера приведем ассоциацию пирит + пирротин. До тех пор пока пирит и пирротин находятся в равновесии, фугитивность серы в этой ассоциации при любых значениях температуры и давления строго фиксирована. Поэтому добавление серы в систему не изменит фугитивности серы или составов пирита и пирротина, но изменит относительные количества этих двух фаз. Другим важным примером фиксированного буферирования является случай, когда фаза имеет тот же состав, что и компонент, например галенит и PbS. В присутствии галенитового буфера активность PbS равна единице. Существование буферирующего эффекта фазами постоянного состава, находящимися в равновесии с рудообразующими флюидами, послужило основой для создания гипотезы поверхностного равновесия.
В случае буферов с непрерывной шкалой фазы переменного состава реагируют на изменение фугитивности компонента изменением своего состава. Несмотря на то что фугитивность компонента буферируется всей системой, положение буферной точки будет меняться соответственно изменению количества компонента. В качестве примера рассмотрим пирротин. При условии отсутствия таких фаз, как железо или пирит, состав пирротина будет меняться, реагируя на изменение количества серы в системе. Ho как только за счет пирротина начнет образовываться вторая фаза (железо или пирит), заработает буферная система с фиксированной точкой.
Эффективность какой-либо ассоциации в качестве буферной определяется ее количествами и предъявляемыми к ней требованиями. Так, крупное рудное тело пирит-пирротинового состава при постоянных температуре и давлении может служить весьма эффективным буфером серы, поскольку оно способно поглощать или выделять достаточно большие количества серы, поддерживая ее фугитивность постоянной. Подобным же образом крупное тело гематит-магнетитового состава может быть эффективным кислородным буфером. Однако во многих случаях ассоциации, которые могли бы быть эффективными буферами серы, такие, как самородное серебро — аргентит, аурипигмент — реальгар, теннантит — энаргит и халькопирит — борнит — пирит, как правило, встречаются в столь малых количествах, что их буферирующая емкость оказывается ничтожно малой. Если же допустить, что рудообразующий флюид содержит заметно большие количества серы, чем те, которые фиксированы в сульфидных ассоциациях, то наблюдаемые ассоциации указывают, вероятно, на неполноту протекания реакций при изменении условий минералообразования от поля стабильности одного минерала к полю стабильности другого. В этом смысле подобные ассоциации могут использоваться как индикаторы ранее существовавших условий, так как, хотя количества их и недостаточны для контроля изменяющихся условий, они все же указывают на направление таких изменений. Подобно описанным выше буферным ассоциациям, индикаторные ассоциации могут быть с фиксированной точкой или с непрерывной шкалой. Минералогические и парагенетические исследования указывают на то, что в природных условиях индикаторных ассоциаций намного больше, чем буферных. Пожалуй, наиболее распространенный и полезный индикатор с непрерывной шкалой — содержание Fe в сфалерите, находящемся в равновесии с пиритом. Различия в содержании Fe в сфалерите отражают при постоянной температуре и давлении вариации фугитивности серы согласно уравнению
2FeS (в сфалерите) + S2 <—> 2FeS2 (пирит)

Сформированная рудная залежь может быть химически изолирована от окружающей среды, но при этом реагировать на изменение температуры или давления лишь в рамках своей собственной системы (изохимический метаморфизм). Тогда минеральная ассоциация метаморфизованных руд будет определяться валовым составом системы, достигшей равновесия. Выражение «система, достигшая состояния равновесия» следует подчеркнуть особо, поскольку в то время, как для некоторых сульфидных минералов вполне возможны реакции исключительно в рамках своей собственной системы или друг с другом, другие сульфидные минералы тех же руд остаются в том состоянии, в каком они были первоначально отложены.