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
         » » Глинистые минералы гидротермального происхождения

Глинистые минералы гидротермального происхождения

16.10.2017

Введение. Уже давно было установлено, что глинистые продукты изменения, образовавшиеся гидротермальным путем, часто в виде ореола окружают металлоносные отложения. Они возникают в результате воздействия горячих источников и гейзеров, а размер измененного участка колеблется в широких пределах. Например, в Бьютте, Монтана, ширина 3 м является обычной для периферийного участка рудного тела, тогда как в зоне интенсивной минерализации ширина такого участка может достигать 30 или более метров. В трещинных жилах зона изменения расположена параллельно стенкам трещин и имеет сравнительно однородную ширину, меняясь в соответствии с размерами жилы. Если жилы расположены близко друг к другу, ореолы изменения могут исчезнуть, как это наблюдается в центральной зоне в Бьютте и в порфировых медных отложениях.
Бэтман указывает, что в эпитермальных жилах зона изменения обычно бывает узкой и изменения могут быть едва заметными, тогда как в мезотермальных жилах ореол обширный и изменения интенсивны. Продукты изменения, связанные с гипотермальными отложениями, обычно не носят аргиллитового характера; вторичные продукты, связанные с другими типами металлоносных рудных тел, как правило, содержат мало глинистых минералов или практически совсем не содержат их. Описание продуктов гидротермального изменения, произведенные до развития современных рентгеновских, термических и оптических методов исследования глинистых минералов, имеют небольшое значение. Например, гидротермальный галлуазит в Юрике, штат Юта, принимался ранее за тальк. К сожалению, даже в последние годы некоторые исследователи рудных отложений, не представляя всей сложности определения глинистых минералов, опубликовали определения, основанные на недостаточных аналитических данных. Исследование продуктов изменения, связанных со многими рудными телами, усложняется тем, что отличить гипогенные продукты от супергенных бывает весьма затруднительно. Во многих случаях более позднее, супергенное изменение налагается на более раннее, гипогенное и один и тот же глинистый минерал может быть образован при обоих процессах. Например, каолинит в некоторых случаях может образоваться как гипогенный и как супергенный продукт путем изменения некоторых других глинистых минералов.
За последние годы было признано, что продукты изменения боковых пород имеют, возможно, экономическое значение, так как весьма вероятна существенная связь между типом изменения и характером минерализации. Поэтому многие исследователи занимались и занимаются изучением этой проблемы, но многие данные все еще не опубликованы и обсуждение этой темы еще не достигло той стадии, когда можно сделать широкие обобщения.
Типы глинистых минералов в гидротермальных отложениях. Имеются достоверные данные о наличии в гидротермальных образованиях различных глинистых минералов, за исключением, возможно, аттапульгит-палыгорскита и вермикулита. Были отмечены различные каолиновые минералы, включая аноксит, диккит и накрит, а также различные минералы группы монтмориллонита, такие, как нонтронит и богатые магнием члены. Белая слюда, обнаруженная в ореолах изменения, часто описывается как серицит и, несомненно, имеет сходство с иллитом. Бейделлит, который часто отмечался, особенно в более ранней литературе, является, вероятно, смесью глинистых минералов. Отмечаются также галлуазит и аллофан, хотя эти определения не всегда надежны, так как некоторые из них основаны лишь на оптических измерениях. При помощи диффракции рентгеновских лучей можно обнаружить, что оптически изотропный и, следовательно, аморфный аллофан является в действительности в значительной степени кристаллическим, но чрезвычайно мелкозернистым, состоящим из агрегатов случайно ориентированных частиц.
В некоторых случаях образования, состоящие из гидротермальных глинистых минералов, имеют значительные размеры (порядка 30 м в диаметре) и состоят в основном из одного глинистого минерала. Примером может служить корнишский каолин, гидротермальное происхождение которого теперь хорошо установлено (после того, как были найдены каолиновые образования, покрытые силлями и не достигающие поверхности). Другим примером является мономинеральный галлуазитовый массив в Юрике, Юта. Так называемый бентонит с острова Понца, Италия, может служить примером огромной массы почти чистого монтмориллонита, образовавшегося вследствие изменения эруптивной изверженной породы.
Во многих, может быть в большинстве, случаях, продукты гидротермального изменения представляют смесь нескольких глинистых минералов. Ассоциация бывает часто столь тесной, что определение отдельных минералов затруднительно. В гидротермальных отложениях весьма обычны образцы смешанно-слоистых глинистых минералов.
Условия образования и залегания. Во многих гидротермальных глинистых образованиях наблюдается зональное распределение глинистых минералов. Часто в них мы находим внутренний ореол серицита (термин «серицит» будет применяться для обозначения продукта изменения белой слюды, так как точная связь серицита с иллитом пока не установлена), промежуточную зону каолинита и наружную зону монтмориллонита и хлорита, причем хлорит бывает наиболее обильным в наружной кайме. Переходы между зонами постепенные. В некоторых других образованиях продукты изменения, по-видимому, являются скорее наложенными друг на друга, чем зональными, как если бы они образовались в несколько весьма различных стадий.
В соответствии с кажущимся различием в условиях залегания глинистых продуктов изменения были выдвинуты две гипотезы их образования. На основании классического исследования изменений вмещающих пород в районе Бьютта, Монтана, Сэйлс и Майер пришли к выводу, что эти изменения являются, в сущности, сингенетичными с рудоотложением и что различные минеральные зоны в окружающей породе можно рассматривать как реакционные каемки, отвечающие уменьшающейся активности сильного раствора, отлагавшего рудные минералы. Различные минералогические и химические реакции в боковой породе не зависят, по их мнению, от изменений в самом гидротермальном растворе или от периодичности его действия, а объясняются непрерывным изменением физико-химических условий в боковой породе вмещающей жилы.
Вторая гипотеза высказывается в работах Ловеринга, Керра, Шварца и других исследователей. Эти авторы описывали изменения боковых пород отложений, образовавшихся ступенчато. Они выделяют растворы, появляющиеся в различные стадии, которые разделены периодами относительной бездеятельности. В некоторых случаях продукты, образовавшиеся в течение данной стадии, обнаруживают некоторую зональность. Часто, по-видимому, ранняя стадия связана с образованием хлорита и серицитовой слюды, вторая стадия — с образованием галлуазита, каолинита и монтмориллонита и поздняя стадия — с образованием серицита. Во второй стадии галлуазит и каолинит, вероятно, располагаются вблизи жилы; Ловеринг обнаружил зональность в некоторых диккит-каолинит-галлуазитовых около-жильных породах.
Вероятно, для объяснения тех или иных отложений применимы обе гипотезы. В настоящее время еще нет данных, которые позволили бы определить, что контролирует действие того или иного процесса. Нет также достаточных сведений для широких обобщений относительно характера зональности или последовательности отложения глинистых минералов, процесс развития которых носил, вероятно, периодический характер.
По данным Сэйлса и Майерса, измененная зона кварцевого монцонита в Бьютте состоит из наружной каймы, в которой роговая обманка и биотит заменены хлоритом. При продвижении в сторону жилы преобладающим продуктом изменения становится монтмориллонит, образовавшийся из плагиоклаза, и его нонтронитовая разновидность, образовавшаяся из роговой обманки. Вместе с монтмориллонитом образуется также небольшое количество аморфного вещества. Продвигаясь еще ближе к жиле, находим все более и более обильные выделения каолинита при постепенном уменьшении количества монтмориллонита. В каолинитовой подзоне всегда присутствует некоторое количество монтмориллонита, и часто отмечается регенерация хлорита. В глинистой зоне изменения ортоклаз остается неизмененным, если не считать слабых следов каолинизации у внутреннего края этой зоны. Глинистая зона постепенно переходит по направлению к жиле в серицитовую, состоящую только из серицита, кварца и пирита. Здесь все оставшиеся силикатные минералы изменены.
Сэйлс и Майер показали, что по мере перехода от неизмененной породы к жиле содержание извести, натрия и кремнезема значительно уменьшается, а содержание окиси магния уменьшается умеренно. Они пришли к выводу, что в зоне изменения по направлению к периферии происходит непрерывное удаление составных частей, т. е. они выносятся по мере их освобождения при разложении исходных минералов. По истечении некоторого периода времени наблюдается постепенное продвижение вперед фронта изменения, поскольку вся площадь изменения становится шире; при этом сохраняется идентичность составляющих ее зон и их положение по отношению друг к другу. Например, монтмориллонитовая зона преобладала, пока миграция к периферии не вызвала истощения щелочей и щелочных земель, в результате чего устойчивой фазой стал каолинит.
По данным Сэйлса и Майерса, серицитизация и аргиллитизация являются сингенетическими процессами. Содержание калия почти постоянно на протяжении всего ореола изменения. Ортоклаз разлагается только в серицитовой зоне, в связи с чем начало серицитовой зоны совпадает с зоной разложения калиевого полевого шпата. Разложение наблюдается вблизи жилы вследствие наличия там более высоких температур и большей концентрации гидротермальных кислых вод. При разложении ортоклаза вблизи жилы высвобождается калий, необходимый для образования серицита. Обычно для образования белой слюды требуется, кроме присутствия калия, щелочная среда, но Грюнер показал, что слюда может образоваться и в кислой среде при температурах, порядка 350°, и при наличии избытка калия.
Ловеринг описывает изменение вмещающих пород в округе Тинтик, штат Юта, как периодический процесс. Первая стадия отвечает хлоритизации вулканических пород и доломитизации известняков, причем оба эти процесса связаны с добавлением магния. Вторая, или аргиллитовая, стадия связана с образованием глинистых минералов, отличных от хлорита. Глинистые минералы шире развиты в вулканических породах, чем в известняках; Ловерингу удалось обнаружить следующую зональность в глинистой зоне, в направлении от рудного тела к периферии: диккит — каолинит — галлуазит (2Н2О) — бейделлит — галлуазит (4Н2О). Конечная стадия изменения характеризуется интенсивной серицитизацией и окремнением.
Керр с сотрудниками описал происходящие в несколько этапов гидротермальные изменения интрузивных тел в Санта-Рита, Нью-Мексико. Начальной стадией образования глинистых минералов является хлоритизация биотита и роговой обманки. Далее идет стадия «гидрослюдисто-глинистых изменений», связанная с развитием гидрослюды из биотита и хлорита и образованием серицита и каолинита из плагиоклазов. Конечная стадия изменений связана с серицитизацией и окремнением; здесь изменяются почти все первичные силикаты. Следует отметить, что в измененных породах из Санта-Рита отсутствуют монтмориллониты.
Петерсон с сотрудниками описывают три стадии около-рудных гидротермальных изменений в Касл-Дом, Аризона. Наиболее ранняя стадия связана с образованием хлорита и серицита, встречающихся совместно с некоторыми неглинистыми минералами. Затем следует глинистая стадия, в которой главными составными частями являются монтмориллонит и «гидрослюда». В глинистой стадии образуется также каолинит, но он менее обилен. Конечная стадия связана с интенсивной серицитизацией и окремнением.
Шварц дал сводку имеющихся данных по изменениям вмещающих пород ряда месторождений вкрапленных медных руд и показал, что характер и ореол изменения в различных рудных телах сильно меняются. В некоторых отложениях, особенно в Эджо, Аризона, по существу, совсем нет глинисто-минеральных продуктов изменения, тогда как в других, например в Моренси и Миами, Аризона, сильно развиты гипогенные глинистые минералы. Шварц показал также, что характер и относительное содержание различных глинистых минералов сильно отличаются в различных отложениях. Однако в большинстве отложений образование глинистого вещества, по-видимому, заканчивается периодом интенсивной серйцитизации и окремнения.
Как указывалось выше, имеющиеся данные недостаточны для выявления общих закономерностей, но они указывают на общую тенденцию к образованию вблизи жилы зоны серицита, наружной хлоритовой зоны и промежуточной зоны каолинита, галлуазита, аллофана и (или) монтмориллонита. В промежуточной зоне монтмориллонит находится в большинстве случаев в наружной части, а каолинитовые минералы — во внутренней. В некоторых случаях серицитизация, повидимому, происходит позднее, чем образование собственно глинистых минералов.
Природа гидротермальных растворов. Сведения относительно состава гидротермальных растворов скудны, но полагают, что во многих случаях такие воды вначале бывают кислыми и несут, хлор, серу, углекислый газ и (или) кремнезем. Когда происходит реакция с первичной породой, состав растворов должен меняться, и в случае силикатных пород растворы в результате таких реакций становятся щелочными. Вероятно, щелочные составные части выносятся растворами, и щелочность растворов обычно сохраняется лишь до тех пор, пока щелочи или щелочные земли не освободятся в результате разложения исходной породы. Поэтому, когда действие кислых растворов продолжается, кислотно-щелочной фронт движется в наружном направлении по мере выноса наружу щелочных земель и щелочей. Согласно гипотезе Сэйлса и Майерса, более позднее разложение устойчивого минерала, такого, как ортоклаз, который не изменяется, пока температура или концентрация раствора не становятся достаточно высокими, может вызвать переход к щелочным условиям.
Точно не установлено, всегда ли гидротермальные растворы вначале кислые. Например, Андреатта описывает следующую последовательность отложения гидротермальных глинистых минералов: слюдистый глинистый минерал — монтмориллонит — галлуазит — каолинит; он считает, что эта последовательность связана с образованием минералов из теплой воды, первоначально щелочной и богатой калием, которая стала нейтральной и, наконец кислой при постепенном охлаждении.
Связь с исходными веществами. Если гидротермальные изменения под влиянием относительно высоких температур и концентраций интенсивны и продолжительны и затрагивают все исходные минералы и если имеет место значительное перемещение составных частей, например освобождение щелочей и щелочных земель при разложении «сходных материалов, продукты изменения будут одни и те же независимо от характера исходных пород (за исключением карбонатов и кварцитов). При наличии известняков будет наблюдаться окремнение. В случае доломитовых пород может произойти также окремнение, но реакция между окисью магния и окисью кремния иногда дает глинистый минерал, богатый магнием. Таким способом, вероятно, образовались отложения монтмориллонитового минерала гекторита в Гекторе, Калифорния.
Если гидротермальное изменение незначительно, характер первичного минерала в значительной мере определяет продукты изменения. При очень слабом изменении минералы, богатые магнием, такие, как роговые обманки и биотит, стремятся измениться в хлориты. Если изменение немного интенсивнее и происходит в присутствии щелочей и щелочных земель, за исключением калия, слюды, ферромагниевые минералы и плагиоклазовые полевые шпаты дают монтмориллонит. Присутствие магния особенно благоприятствует образованию монтмориллонита. Карбонат калия, выделяющийся как из полевых шпатов, так и из первичных слюд, способствует образованию вторичных слюд, Золни, например, описал изменения в зонах, прилегающих к риолиту и андезиту; в первой зоне наблюдаются вторичные продукты из иллита, во второй — из монтмориллонита. В литературе имеется много ссылок на продукты изменения, состоящие из монтмориллонита, которые возникают в основных изверженных породах, что указывает на многочисленные переходы в монтмориллонит в этом типе пород.
Каолинит может образоваться из любых составных частей, если щелочи и щелочные земли удаляются с той же примерно скоростью, с какой они освобождаются из исходной породы, или если окружающая среда кислая, а температура — умеренная. Присутствие кальция в окружающей среде, по-видимому, особенно замедляет образование каолинита.
Сэйлс и Майерс, Росс и Хендрикс и др. показали, что одни глинистые минералы изменяются в другие глинистые минералы, если меняются гидротермальные условия. Эти изменения происходят в соответствии с указанными выше закономерностями.
Связь с минерализацией. Основанием для многих новейших исследований изменений боковых пород, связанных с рудными телами, послужило предположение, что корреляция типа изменения с минерализацией может быть чрезвычайно полезна при разведке. Опубликовано очень мало таких данных, но они позволяют полагать, что в некоторых случаях предположение это подтверждается.
Ловеринг показал, что в Тинтике, если не была действенной поздняя стадия серицитизации и окремнения, рудные скопления не обнаруживаются. В Санта-Рита, согласно Керру и его сотрудникам, по крайней мере, часть минерализации относится к тому же времени, что и изменения, связанные с образованием глинистых минералов. Эти авторы указывают также, что в районе медной минерализации полевые шпаты обычно обнаруживают заметное изменение в каолинит, тогда как в области цинкового оруденения преобладающим продуктом изменения является монтмориллонит. Сэйлс и Майер наблюдали в Бьютте тесную связь сульфидов и серицитовых продуктов изменения.
Глинистые минералы, связанные с горячими источниками, фумаролами и т. д. Горячие источники, фумаролы и т. д. дают прекрасную возможность исследовать гидротермальные изменения. Феннер, изучая пробы образцов из буровых скважин в районе Йеллоустона, обнаружил, что на глубинах около 30 м при щелочных растворах продуктом изменения был бейделлит. На меньших глубинах был найден каолинит; считали, что он откладывался из просачивающихся метеорных кислых вод и что кислотность этих вод образовалась в результате окисления сульфидов.