Процеси мінералоутворення

ПРОЦЕ́СИ МІНЕРАЛОУТВО́РЕ­Н­НЯ Геологічні процеси формува­н­ня мінеральних комплексів за джерелом енергії й особливостями утворе­н­ня мінералів поділяють на 3 великі групи: ендоген­ну, екзоген­ну й метаморфоген­ну (див. Ендоген­ні процеси, Екзоген­ні процеси, Метаморфізм). До ендоген­ної (гіпоген­ної або глибин­ної) групи зараховують процеси кри­сталізації магми — магматичний, пегматитовий і післямагматичний (пневматолітово-гідротермальний і метасоматичний). До екзоген­ної групи (зовнішньої або поверх­невої) належать гіперген­ний (вивітрюва­н­ня) та осадовий процеси. До метаморфоген­ної групи зараховують власне метаморфічний процес, спричинений ендоген­ними факторами, і ударно-метаморфічний (або імпактний), зумовлений дією ударних хвиль, що виникали під час паді­н­ня на земну поверх­ню крупних метеоритних тіл.

Магматичне мінерало­утворе­н­ня від­бувається шляхом кри­сталізації мінералів з магми в процесі її еволюції. Магматичний процес буває глибин­ним (інтрузивний), продуктами якого є інтрузивні гірські породи (вони пере­важно добре роз­кри­сталiзованi і мають зернисту будову), та поверх­невим (ефузивний), пiдводним або наземним, що дає початок вулканічним гірським породам, що погано роз­кри­сталiзованi й нерідко містять скло.

Головними чин­никами мінерало­утворе­н­ня в магматичному процесі, що ви­значають його особливості й появу великої різноманітності типів порід i повʼязаних з ними руд, є хімічний склад магми та порід, температура i тиск. Значну роль у магматичному процесi вiдi­грає вмiст кремнезему, глинозему та лугів, що об­умовлюють типи порiд. За вмiстом SiO₂ магматичнi породи подiляють на ультраосновнi (близько 40 %), основнi (40—52 %), середнi (52—65 %) й кислi (65—75 %). За концентрацiєю лугiв видiляють нормальнi та лужнi породи. Остан­нi за величиною вiдноше­н­ня суми лугiв (К+Na) до Al₂O₃ (коефiцiєнт агпаїтностi) групують на мiаскiтовi, якщо це вiдноше­н­ня менше одиницi, та агпаїтовi, якщо воно бiльше одиницi.

На глибинi 30—100 км температура магми сягає 1500°С, зниже­н­ня якої викликає пере­охолодже­н­ня та кри­сталiзацiю роз­плаву. В ефузивних утворе­н­нях температура за­стига­н­ня коливається вiд 1200 до 1000°С, а в iнтрузивних — від 900 до 700°С. Роль тиску зводиться здебільшого до утрима­н­ня в магмi летких речовин. Рiзке його зниже­н­ня на поверх­нi викликає їх видiле­н­ня, що впливає на проходже­н­ня кри­сталiзацiї. При кри­сталiзацiї на глибинi не­значні зміни тиску мало впливають на проходже­н­ня кри­сталiзацiї й мiнеральний склад. Тут головну роль вiдi­грає тиск Н₂О.

Еволюцiя процесу кри­сталізації проявляється в диференцiацiї однорiдної первин­ної магми на рiзні за складом вторин­ні магми. Роз­рiзняють такі процеси диференцiацiї: 1) магматичну (проходить до початку кри­сталiзацiї роз­плаву); 2) кри­сталiзацiйну (вiдбувається пiд час кри­сталiзацiї роз­плаву); 3) диференцiацiю, повʼязану з асимiляцiєю (контамiнацiєю) й замiще­н­ням магмою вмiщуючих порiд. Американським петрологом Н. Боуеном (1934) сформульовано реакцiйний принцип кри­сталізаційної диференцiацiї магматичних роз­плавiв, згiдно з яким процес кри­сталiзацiї магми проходить за двома гілками: 1) меланократовій з видiле­н­ням послідовно реакцiйного ряду забарвлених (фемiчних) мiнералiв: олiвiн — ромбiчний пiроксен — моноклiн­ний пiроксен — амфiбол — бiотит; 2) лейкократовій з видiле­н­ням без­перервного реакцiйного ряду мiнералiв: основний плагiоклаз — середнiй плагiоклаз — кислий плагiоклаз — калiєвий польовий шпат. Завершуються обидві гілки кри­сталiзацiєю мусковiту і кварцу. Мiнерало­утворе­н­ня в ефузивних процесах є інакшим. Тут наявнi вкрапле­н­ня мiнералiв, що видiлилися до вилива­н­ня магми на поверх­ню і мають парагенези, подiбнi до iнтрузивних утворень. Вони вiдображають особливостi початкової стадiї кри­сталiзацiї глибин­ної породи. Основна ж маса мінералів в ефузивних породах утворюється вже в значно iнших умовах, що проявляються не тiльки у швидкому за­стиган­нi та при низькій рухомостi компонентiв, але й у вищих температурах i низькій концентрацiї летких. Важливою особливістю ефузивних порiд є можливiсть утворе­н­ня скла, як пере­охолодженого силiкатного роз­плаву, що зберiгається в станi не­справжньої рiвноваги. Трапляються утворе­н­ня складені майже повністю вулканічним склом (перлiти).

За складом пегматити поділяють на кислі (гранітні), основні й лужні. Вони утворюються у звʼязку з інтрузіями від­повід­них типів магм. Найпоширенішими й важливими в практичному сенсі є гранітні пегматити, лужні нефелін-сієнітові й сієнітові, магми яких особливо багаті леткими компонентами й рідкісними елементами. З них видобувають значну масу польового шпату та кварцу, кри­стали оптичного флюориту, пʼєзокварцу, пʼєзооптичного турмаліну, ювелірні кри­стали коштовного й виробного камі­н­ня (топазу, аквамарину, турмаліну тощо). Головні чин­ники мінерало­утворе­н­ня при пегматитовому процесі пере­важно ті ж, що й при магматичному. Ви­значальним є хімічний склад залишкового роз­плаву-роз­чину, що від­повід­ає складу материнської магми — гранітної, лужної чи основної і характеризується високим вмістом кремнезему, лугів і глинозему. Але для пегматитів властиві певні від­мін­ності, що виявляються в на­громаджен­ні в них великої кількості летких (H₂O, B, F, P, S, Cl тощо) і рідкісних елементів (Li, Be, Cs, Ta, Nb, Ti, Zr, Th, U, Th тощо). Особливо вагомою є роль летких компонентів (мінералізаторів). Вони входять до складу мінералів або є каталізаторами реакцій, знижують температуру кри­сталізації та зменшують вʼязкість роз­плаву, що сприяє росту кри­сталів.

Продовже­н­ням магматичного процесу є пневматолітово-гідротермальне й метасоматичне мінерало­утворе­н­ня, що від­бувається за участю гарячих газових роз­чинів — пневматолітовий процес і рідких водних — гідротермальний процес, а також унаслідок взаємодії цих роз­чинів з раніше утвореними мінералами або породами — метасоматичний процес. Джерелом цих роз­чинів є магматичний осередок. Вони рухаються тріщинами, тектонічно ослабленими зонами, контактами порід або проникають у мінерали внаслідок прояву дифузії. Пневматолітові процеси реалізуються набагато рідше гідротермальних і дуже рідко формують само­стійні (ексгаляційні) мінеральні родовища. Тому їх роз­глядають разом з високотемпературними гідротермальними. У пневматолітовому мінерало­утворен­ні (пневматоліз) виділяють: ексгаляційне (вулканоген­не), скарноген­не і власне пневматоген­не. Ексгаляційне мінерало­утворе­н­ня від­бувається з газів діючих вулканів або глибин­них магматичних роз­плавів в пере­мін­ному температурному інтервалі 1250—700 °С за рахунок фумарол із роз­плавленої лави (галогеніди й сульфати Na, K, Fe, оксиди Si, Cu, Fe), при 500—300 °С — з фумарол із за­стиглої лави (сольові — NaCl, KCl, FeCl, NH₄Cl, Na₂SO₄, CuSO₄ тощо) та при 300—200°С з пароводяних фумарол (нашатирні — NH₄Cl, FeCl₂). Ексгаляційне мінерало­утворе­н­ня від­бувається також і за участю газів глибин­ного магматичного походже­н­ня, пере­важно це Н₂О, СО₂, СН₄ або їхні суміші, а також роз­чинені в них H₂S, SO₂, HCl, Cl₂, F₂, NH₄Cl. Умови такого утворе­н­ня мінералів обмежені значе­н­нями критичних тиску й температури. Серед вулканічних ексгаляцій виявлено близько 200 мінералів, з яких пере­важають сульфати, хлориди й оксиди, що становлять 68 % від усього складу цих утворень. Найпоширеніші пневматолітові мінерали вулканічних ексгаляцій: сірка, сасолін (утворюють ексгаляційні родовища), галіт, сильвін, глазерит, ангідрит, тридиміт, гематит, пірит, тенорит, нашатир, та другорядні молізит, хлоралюмініт, хлормагнезит, реальгар, аурипігмент, ковелін, кальцит.

Гідротермальному мінерало­утворен­ню характерні чітко проявлена еволюційність й багато­стадійність. З ним повʼязане формува­н­ня різних за складом гідротермальних родовищ і рудо­проявів, серед яких виділяють: 1) плутоноген­но-гідротермальні, повʼязані з глибин­ними магматичними джерелами; 2) вулканоген­но-гідротермальні, повʼязані з вулканічною діяльністю; 3) телетермальні, що залягають серед осадових від­кладів і не виявляють певних завʼязків з магматизмом; 4) сучасні, повʼязані з діяльністю «чорних коптильників» в океанських спредінгових зонах і з гідротемальними системами в сучасних вулканічних зонах. Гідротермальне мінерало­утворе­н­ня поділяють на 3 групи: 1) високотемпературне (глибин­не) або гіпотермальне (600—350 °С); 2) середньотемпературне (середньо­глибин­не) або мезотермальне (300—200 °С); 3) низькотемпературне (мало­глибин­не) або епітермальне (200—50 °С). У мінеральному складі гідротермальних утворень пере­важають мінерали класів оксидів, карбонатів, силікатів і особливо сірчаних сполук (сульфідів) та їх аналогів; характерні також самородні елементи, вольфрамати і фториди. Післямагматичні процеси широкомас­штабно й інтенсивно су­проводжує метасоматичне мінерало­утворе­н­ня, особливо пневматолітово-гідротермальне. Внаслідок прояву цього процесу утворюються різні за складом метасоматити та повʼязане з ними роз­маїте зрудені­н­ня. Під метасоматичними ро­зуміють такі процеси пере­творень порід і руд, що від­буваються шляхом заміще­н­ня одних мінералів іншими та су­проводжуються зміною хімічного складу порід або руд і здійснюються зі збереже­н­ням твердого стану. Залежно від геологічної позиції роз­різняють: автометасоматоз, повʼязаний з ран­ньою післямагматичною стадією; контактовий метасоматоз, до якого належать скарно­утворе­н­ня і приконтактове вилуговува­н­ня; навколожильний (або навколорудний) метасоматоз, повʼязаний з процесами рудо­утворе­н­ня (найпоширеніший) і регіональний метасоматоз, що проявляється в різній геологічній об­становці й має регіональне пошире­н­ня. Гіперген­ний процес — це мінерало­утворе­н­ня в корах вивітрюва­н­ня (зонах окисне­н­ня), що проходить у верх­ніх частинах літо­сфери в умовах низьких температур (+25 °С) і тисків (0,10 МПа) за активної участі води, насиченої атмо­сферними газами і перш за все киснем. Так формуються різноманітні за складом продукти вивітрюва­н­ня (і окисне­н­ня) первин­них гірських порід і повʼязані з ними руди родовищ корисних копалин. Кори вивітрюва­н­ня є особливою континентальною геологічною формацією, що утворюється внаслідок дії енергії рідких і газоподібних атмо­сферних і біо­ген­них агентів на корін­ні утворе­н­ня, внаслідок чого на їхньому місці виникають нові породи й руди. Серед них виділяють давні й сучасні кори вивітрюва­н­ня, що бувають від­критими, закритими й похованими. Процеси вивітрюва­н­ня від­буваються не тільки на суші, але і в гідро­сфері — на дні океанів і морів. Тут унаслідок солоності морської води, її температури, тиску і газового режиму, а також окисне­н­ня й жит­тєдіяльності природних організмів іде роз­клад мінералів і порід. Цей процес називають під­водним вивітрюва­н­ням або гальміролізом.

Роз­різняють декілька кір вивітрюва­н­ня, що роз­виваються у силікатних породах, насамперед латеритне і каолінове вивітрюва­н­ня. У процесі латеритного вивітрюва­н­ня формуються різні руди корисних копалин залишкового генетичного типу, серед яких головними є алюмінієві (бокситові) й силікатно-нікелеві руди. Каолінітове вивітрюва­н­ня роз­вивається у кислих породах (гранітах і ґнейсах) в слабокислому або нейтральному середовищі. З ним повʼязане утворе­н­ня залишкових каолінових покладів. Мінеральний склад кір вивітрюва­н­ня силікатних порід і повʼязаних з ним родовищ досить різноманітний. У них пере­важають силікати й алюмосилікати алюмінію, заліза, магнію і нікелю шаруватої структури; оксиди і гідроксиди силіцію, алюмінію, заліза і мангану; карбонати кальцію і магнію. У продуктах вивітрюва­н­ня виділяють дві головні генетичні групи мінералів: ново­утворені гіперген­ні й реліктові стійкі мінерали первин­них порід. Поряд з ними, характерними є мінерали, що є проміжними продуктами вивітрюва­н­ня, на­приклад, гідрослюди, гідрохлорити тощо.

З осадовим процесом повʼязане формува­н­ня потужних товщ роз­маїтих гірських порід — вапняків, доломітів, гіпсо-ангідритів, пісковиків, алевролітів, аргілітів тощо та мінеральних родовищ камʼяної та калійно-магнезіальних солей, боратів, руд заліза, мангану, алюмінію, міді, урану, рідкісних елементів тощо. Пере­важно вони виникають на дні різних водо­ймищ. У загальному ви­гляді процес осадового мінерало­утворе­н­ня від­бувається у такій послідовності: утворе­н­ня вихідних продуктів унаслідок руйнації первин­них (материнських) гірських порід і руд або іншим способом (на­приклад, викиди вулканів), пере­ніс осадового матеріалу з частковим осадже­н­ням його на шляхах пере­носу, осадже­н­ня речовини у водних басейнах, утворе­н­ня і пере­творе­н­ня осадків в осадові породи і руди. Мінеральний склад осадових порід в цілому пред­ставлений такими класами мінералів: 1) в хімічних осадках: а) з істин­них роз­чинів — хлориди і сульфати натрію, калію, магнію та кальцію, а також карбонати і борати; б) з колоїдних роз­чинів — оксиди і гідроксиди заліза, мангану й алюмінію, карбонати кальцію, магнію, заліза і мангану, а також силікати і сульфіди; 2) у біо­хімічних осадках (біо­літах) — по декілька мінералів з усіх класів; 3) у механічних (кластоген­них) осадках — стійкі мінерали майже всіх класів. За генетичною природою мінерали осадових порід і руд поділяють на дві основні групи — алотиген­ні й аутиген­ні. Алотиген­ні мінерали привнесені з різних джерел живле­н­ня (утворені в іншому місці) і потрапили в осадок у пере­відкладеному ви­гляді. Аутиген­ними називаються мінерали, що утворилися на місці їхнього виникне­н­ня і знаходже­н­ня, тобто в осадку або в породі чи руді на різних стадіях післяседиментаційних пере­творень. У складі деяких осадових порід беруть участь органічні рештки й рідко трапляється вулканоген­ний і космоген­ний матеріал. Під метаморфізмом ро­зуміють процес глибин­ного пере­творе­н­ня гірських порід, що здійснюється без істотного роз­плавле­н­ня чи роз­чине­н­ня (тобто зі збереже­н­ням твердого стану) внаслідок зміни фізико-хімічних умов. Метаморфічно пере­творюються ендоген­ні й екзоген­ні утворе­н­ня (магматичні й осадові породи і повʼязані з ними руди корисних копалин). Від­повід­но, утворюються орто- і парапороди, а також власне метаморфічні й метаморфізовані руди. Мінеральні пере­творе­н­ня пере­важно су­проводжуються пере­кри­сталізацією і хіміко-структурними змінами. У метаморфічному процесі виділяють два етапи: про­гресивний метаморфізм (тобто викликаний під­вище­н­ням температури й тиску); ре­гресивний метаморфізм (від­бувається при понижен­ні температури й тиску), на­званий діафторезом. Головними факторами метаморфічного мінерало­утворе­н­ня є температура і тиск, склад вихідних порід і порового флюїду в них. Під­вище­н­ня температури су­проводжується дегідратацією, де­гідроксилізацією і декарбонатизацією мінералів. Вплив під­вище­н­ня тиску на дегідратизацію і декарбонатизацію є складнішим, але у всіх випадках зро­ста­н­ня тиску призводить до утворе­н­ня мінералів і порід з більшою густиною. Температура метаморфічного мінерало­утворе­н­ня коливається від 300—400 до 1000°С, рідко до 1200°С. Верх­ньою межею метаморфізму є початок плавле­н­ня найбільш поширених порід, нижньою — межа стійкості каолініту. Тиск пере­важно коливається від 100 до 1600 МПа. Основним джерелом мінеральної речовини, зокрема й рудної, при метаморфічних процесах є вихідні породи, що су­проводжуються не тільки пере­кри­сталізацією, але й мобілізацією, і пере­розподілом речовини — метаморфічною диференціацією.

Метаморфічне мінерало­утворе­н­ня залежно від його чин­ників та геологічної позиції поділяють на: контактово-метаморфічне; регіонально-метаморфічне; мантійно-метаморфічне; ударно(імпактно)-метаморфічне. У межах земної кори найпоширенішими є регіонально-метаморфічні утворе­н­ня, пред­ставлені великим роз­маї­т­тям гірських порід і руд. Контактово-метаморфічні породи та ударно-метаморфічні утворе­н­ня мають локальний роз­виток.

Усі мінерали, що входять до складу метаморфічних порід, поділяють на: мінерали, що утворюються внаслідок пере­кри­сталізації старих мінералів без зміни їхнього складу; ново­утворені мінерали; реліктові мінерали. До остан­ньої групи мінералів належать дуже стійкі з них в умовах метаморфізму. Це пере­важно акцесорні мінерали, що мають важливе значе­н­ня при зʼясуван­ні природи метаморфічних порід. За мінералами й мінеральними асоціаціями перших двох груп мінералів ви­значаються фізико-хімічні умови метаморфізму. Особливе значе­н­ня мають так звані критичні мінерали-індикатори фаціальних умов метаморфізму. До них належать такі типово метаморфічні мінерали, як поліморфні модифікації Al₂SiO₅ (кіаніт, андалузит, силіманіт) і ставроліт, а також ціла низка породо­утворювальних мінералів змін­ного складу (гранати, піроксени, амфіболи, слюди, хлорити, польові шпати тощо).

Завантажити статтю