Полезные ископаемые из магматических горных пород
ТОП 10:
Фактор магмы – это высокая температура (свыше 1000 градусов) и высокое давление (тысячи атмосфер) расплавленной массы, паров и растворов. Внедряясь в верхние слои земной коры, магма разрывает и раздвигает, разогревает и уплотняет их. На контакте с высокотемпературной магмой вмещающие породы подвергаются перекристаллизации с образованием новых минеральных комплексов. Из песчаников и глин образуются роговики, из известковых пород – скарновые новообразования. Скарны представляют собой метасоматические высокотемпературные железо-известково-магнезиальные силикаты, алюмосиликаты, образующиеся под воздействием высокотемпературных расплавов магмы и выделяющихся из нее паров и минеральных растворов на вмещающие известковые породы. С ними связано образование новых высокотемпературных минералов: шеелита (СаWO4), молибденита (MоO2), гранатов, магнетита (Fe3O4) и др.
Остывание магматического очага происходит медленно, поэтапно, сопровождается тектоническими подвижками, образованием трещин и заполнением их новыми порциями магмы, гидротермальными растворами и жильными образованиями. Такова общая модель, ее следует дополнить информацией о составе магмы и размерах интрузивных массивов (табл. 12).
Таблица 12
Магматические породы и полезные ископаемые
| Магматические формации | Месторождения полезных ископаемых | Примеры |
| 1. Гранитная, гранодиоритная. Малые интрузии, пегматиты, аплиты, сиениты | Цветные и редкие металлы, сульфиды, золото, олово, вольфрам | Верхояно-Колымская область Сихотэ-Алинь и др. |
| 2. Основные и ультраосновные интрузии | Хромиты, платина, титано-магнетиты | Кимперсай, Урал |
| 3. Спилито – кератофировая, зеленокаменная | Медные колчеданы, железо, хром | Восточный Урал |
Железные руды. Большое количество месторождений железных руд, генетически связанных с магматическими породами, установлено на Урале. С габбровой формацией связаны титано-магнетитовые руды месторождений гор Благодать, Высокая, Качканар, Магнитная. Магнетитовые железные руды в скарнах вулканических трубок выявлены в Ангаро-Илимском железорудном бассейне. Такие же месторождения железных руд, состоящих из магнетитов (Fe3O4), были найдены на Кавказе (Дашкесанское месторождение), на Алтае, Центральном Казахстане (Атасуйская группа месторождений).
Медные руды. На склоне Южного и Среднего Урала медное оруденение связано с палеозойской зеленокаменной формацией, представлено медным колчеданом (CuFeS2) с примесями сульфидов сурьмы, мышьяка, висмута, кобальта, кадмия и др. Месторождения приурочены к контакту гранодиоритов с эффузивно-осадочный толщей девона. Главные минералы представлены халкопиритом, халькозином, борнитом. В Центральном Казахстане находится Джезгаззганское медное месторождение, приуроченное к песчано-сланцевой толще девон-карбона. Медистые минералы представлены халькопиритом, малахитом (Cu2(OH2)CO3), азуритом (Cu3(OH)CO3), купритом (Cu2O). Коунрадское медное месторождение связано с кислыми интрузиями. В Армении крупные месторождения медных руд связаны с юрскими эффузивами и гранодиоритами. В Калба-Нарымской зоне Алтая медно-пирротиновое оруденение приурочено к сланцам верхнего девона, прорванным гранитоидами. В Камчатско–Корякской складчатой области месторождения меди связаны с зеленокаменными породами верхнего мела.
Полиметаллическое оруденение составляет основную ценность Рудного Алтая, приурочено к эффузивно–пирокластическим толщам девонского возраста. Наиболее известными среди них являются Змеиногорское, Зыряновское, Сокольное месторождения. Кроме сульфидов железа (FeS2), свинца (PbS), цинка (ZnS), и меди (CuFeS2) полиметаллические руды Алтая содержат значительное количество серебра и кадмия. В Центральном Казахстане полиметаллические месторождения приурочены к скарновым зонам, образовавшимся на контакте карбонатных и эффузивных толщ с гранитоидными интрузиями герцинского возраста. На Тянь-Шане полиметаллические руды приурочены к докембрию и палеозою, генетически связаны с герцинскими интрузиями, обогащены сульфидами мышьяка (FeA5S), висмута (Bi2S3). На Памире полиметаллические руды связаны с мезозойскими интрузиями. На Кавказе известны два полиметаллических месторождения. Буронское месторождение пирито-пирротиновых руд, находится в палеозойских сланцах, генетически связаны с оперяющими трещинами крупного разлома. Руды содержат значительную примесь редких и рассеянных химических элементов. Садонское свинцово-цинковое месторождение приурочено к юрскими кератофирам и гранитам. На Сихотэ-Алине полиметаллическое месторождение Тетюхе находится в скарновой зоне между триасовыми известняками и кайнозойскими интрузиями. Рудными минералами в них являются галенит (PbS), сфалерит (ZnS) и геденбергит (CaZn·Si2O6).
Вольфрам, молибден, олово. В центральной части Большого Кавказа (Кабардино-Балкария) расположено вольфрамово-молибденовое месторождение Тырны-Ауз. Оруденение локализовано в скарновой зоне контакта палеозойских известняков и вернемеловых гранодиоритов. Разрабатывается с 1940 года. В Восточном Забайкалье разрабатывается Шерловогорское месторождение сульфидов молибдена (МoS2), вольфрама (FeMn)·WoO4, сурьмы (Sb2S3), ртути (HqS), мышьяка (AsS). Месторождение связано с мезозойскими гранитами. В Верхояно-Колымской мезозойской складчатой области вольфрамовые оруденение генетическими связано с юрскими гранитоидными интрузиями, содержит минералы олова (SnO2), меди (CuFeS2), мышьяка (FeAsS), золота (Au). В области кайнозойской складчатой области Сихотэ-Алиня обособлена золото-вольфрамо-оловянная зона, приуроченная к скарновой зоне между триасовыми известняками и кайнозойскими интрузиями.
Олово. В Томь-Колыванской складчатой области месторождение прожилков сульфидов с касситеритом (SnO2) приурочено к массиву гранитов, слагающих Колыванскую возвышенность. В Верхоянско-Колымской области мезозоид редкометальное оруденение (Au, Pb, Wo, Mo, As, Sb, Sn) генетически связано с юрскими гранитоидами, в Восточном Забайкалье – с мезозойскими гранитами, на Сихотэ-Алине – с контактовой зоной гранитоидных интрузий.
Золото. Наиболее крупные золотоносные провинции России находятся в Восточной Сибири. В Алданской золотоносной провинции жильное золото приурочено к кислым и щелочным интрузиям юрского возраста. Это – Верхне-Олекминское и Центрально-Алданское месторождения. В Саланро-Саянской складчатой области оруденение золота связано с интрузиями диоритов и кварцевых альбитофиров нижнего палеозоя. На Алтае месторождения золота приурочены к Калбинскому тектоническому поясу, к кварцевым жилам, секущим девон-каменноугольные осадочно-эффузивные толщи (Березовское месторождение). В Центральном Казахстане рудопроявления золота связаны с интрузиями докембрия Кокчетавского антиклинория.
В Забайкалье известны коренные и россыпные месторождения золота (Балей, Дарасун), связанные с кислыми интрузиями юрско-мелового возраста. В Сихотэ-Алиньской складчатой области золоторудные месторождения приурочены к Центральному рудному поясу, ассоциируются с интрузиями гранитов кайнозойского возраста.
Платина генетически связана с скоплениями хромитовых (FeCr2O4) руд габбро-перидотит-дунитовых пород Среднего Урала. Вместе с платиной в них присутствуют редкие металлы: палладий, иридий и др.
Хром. Рудные тела хромитов в виде гнезд и линз выявлены в массивах ультраосновных пород Южного и Среднего Урала.
Титан связан с породами габбровой формации, в которых он вместе с железом образует титано-магнетитовые руды – FeTiO2.
Ванадий встречается вместе с титаном.
Никель вместе с медью образует медно-никелевые руды. Одним из примеров месторождений подобного типа является Норильское медно-никелевое месторождение, генетически связанное с сибирскими траппами. Месторождение приурочено к пластовой интрузии долерита.
Кобальт. Кабальт-никелевое оруденение известно на полиметаллических и медно-пирротиновых месторождениях и в серпентинитах Калбинского хребта на Алтае.
Апатит (Ca5(PO4)3·OH). В массивах щелочных пород докембрия Кольского полуострова находятся крупнейшие в мире запасы апатито-нефелиновых пород. Кроме фосфора в них содержатся титан, ванадий, калий, фтор. Нефелин (Na3K(AlSiO4)4) используется для получения алюминия.
Алмаз. На северо-востоке Сибирской платформы выявлены Вилюйский и Олененский алмазоносные районы. Кристаллы алмаза содержатся в ультраосновных горных породах – кимберлитах и эруптивных брекчиях трубок взрыва «Мир» и «Зарница».
Ртуть. Месторождения ртути (киноварн – HqS) в Салаиро-Саянской области приурочены к глубинным разломам.
Графиты. В Тунгусском бассейне графиты образовались из каменных углей под воздействием пластовых интрузий траппов. На Алтае образование графита объясняется воздействием гранитной магмы на углистые сланцы верхнего девона-нижнего карбона.
Асбест. Месторождения хризотил-асбеста выявлены в серпентинитах Урала и Восточных Саян.
Тальк. Месторождения талька установлены в серпентинитах восточного склона Урала.
Слюда. Месторождения слюды выявлены в пегматитах Среднего Урала.
Корунд. Залежи корунда (Al2O3) и наждака выявлены в пегматитах Кыштымского района Южного Урала.
Драгоценные камни. Урал является одним из главных поставщиков драгоценных и цветных камней: изумрудов, топаза, аметиста, турмалина и др. Алмазы добываются в Якутии.
Облицовочные и поделочные камни. Горные районы Карелии, Урала, Алтая, Саян, Восточной Сибири богаты всеми видами строительных, облицовочных и поделочных камней: гранитов, порфиров, мраморов. Особой ценностью являются уральский малахит, орская яшма, горные хрустали Приполярного и Полярного Урала.
Определение и происхождение
Магматическими (вулканическими) считаются различные кристаллические или стеклообразные породы, образующиеся при охлаждении и затвердевании расплавленной магмы, поступающей из недр Земли. Они представляют один из трёх основных видов пород, формирующих состав и структуру поверхности планеты:
- магматические — состоят преимущественно из вулканических пород с тонким слоем выветривания (осадочных);
- осадочные — образуются в результате распада старых вулканических пород;
- метаморфические — путём преобразования в земной коре двух первых под действием высокой температуры и давления без непосредственного участия магмы.
Считается, что магма генерируется в астеносфере — слое частично расплавленной породы, лежащем в основе земной коры на глубине более 60 км. Поскольку она имеет меньшую плотность, чем окружающие твёрдые породы, то постепенно поднимается по направлению к поверхности. Магма может капсулироваться в пределах коры или излиться из вулканов в виде лавовых потоков.
Принятая классификация
Все магматические породы (магматиты) классифицируются на основании минералогии, химии и текстуры. Минералы, образованные охлаждённой магмой в недрах Земли, отличаются от застывших на поверхности из-за различия физико-химических условий в этих средах. По месту формирования их делят на два типа:
- Интрузивные. На глубине температура и давление значительно выше, чем на поверхности. Расплавленная порода остывает медленно и кристаллизуется полностью, что способствует образованию полезных ископаемых.
- Эффузивные. Магма, выброшенная вулканами на поверхность, испытывает быстрое охлаждение без дополнительного воздействия. В результате порода содержит незначительные вкрапления минералов или лишена их вовсе. В последнем случае это может быть затвердевшее стекловидное вещество с высокой вязкостью (обсидиан).
Характеристики магматических пород зависят от глубины их застывания. По этому признаку выделяют три группы:
- вулканические — затвердевшие на поверхности земли вулканиты и субвулканиты, застывшие вблизи неё;
- гипабиссальные — сформировавшиеся на малых глубинах;
- плутонические (плутониты) — породы глубинного залегания.
Обнажённые интрузивные породы могут появиться на поверхности только после длительного периода денудации (изнашивания настилающих слоёв в результате выветривания и эрозии), в итоге выталкивающего действия тектонических сил или при комбинации этих двух условий. Бывают самых разных размеров: от маленьких зернистых и жилообразных включений до массивных батолитов, которые простираются более чем на 100 квадратных километров и составляют сердечники больших горных хребтов.
Выбросы эффузивов наблюдаются в зонах вулканической активности. Они происходят в двух формах:
- Перемещающиеся от жерла лавовые потоки. Более жидкие похожи на реки, обладающие значительной вязкостью. Застывают толстыми (сотни метров) последовательными слоями и при извержении из длинных трещин в рифтовых зонах образуют обширные плато. Примером являются плато Декан в Индии и Путорана в России.
- Разлетающиеся раздроблённые куски магмы разных размеров, называемые пирокластическими массами. Мелкие поднимаются в атмосферу и переносятся на сотни километров от эпицентра. Более крупные накапливаются на прилегающей территории.
Интрузивные и эффузивные породы играют важную роль в формировании рельефа земной поверхности, океанической коры и окраин континентов. Связанные с ними процессы были активны с начала образования Земли около 4,5 миллиарда лет назад и способствовали появлению воды, атмосферы и ценных минеральных ресурсов.
Характеристика компонентов
Подавляющее большинство изверженных пород состоит из силикатных минералов. Это означает, что основными строительными материалами для магмы являются кремний (Si) и кислород (O). Редким исключением считается вхождение карбонатов. Например, лава, извергавшаяся из стратовулкана Ол-Доиньо-Ленгаи (Танзания) в 1960 г., состояла из карбоната натрия и всего на 0,05 весовых процентов из диоксида кремния.
Основные минералогические компоненты изверженных пород можно разделить на акцессорные (менее 1—5% породы) и породообразующие. Последние встречаются в виде разнообразных силикатов и алюмосиликатов. В свою очередь, силикаты представлены светлоокрашенными (салическими) и тёмно-цветными (мафическими) разновидностями. Это отличие зависит от содержания в их кристаллических решётках примесей железа и магния. Fe и Mg дают тёмные оттенки, а Si и Al — светлые.
Общая таблица состава магматитов:
| Породообразующие самические | Породообразующие мафические | Ацессорные |
| светлые слюды | тёмно-цветные слюды | циркон |
| кварцы | пироксены | рутил |
| полевые шпаты | оливины | титанит |
| фальшпатоиды | амфиболы | пирит |
| ильменит | ||
| апатит | ||
| магнитит |
Одной из важных характеристик является кислотность, которая зависит от количества диоксида кремния (SiO2). Примеры магматических горных пород по этому признаку:
- Кислые (гранит, липарит, риолит, вулканический пепел) — насыщены кремнезёмом, среди прочих содержат кварц, полевой шпат и биотит.
- Средние (пемза, обсидиан, вулканический песок и туф) — имеют в составе диорит и андезит.
- Основные (габбро, базальт, диабаз, вулканические бомбы) — бедны кварцем и включают оливин, полевой шпат, пироксен и другое.
- Ультраосновные (оливин, пироксен) — кремнезёмы отсутствуют, содержат дунит, кимберлит, перидотит.
- Щелочные (нефелиновый сиенит) — включают полевые шпаты и роговые обманки.
Текстура и структура
Текстура магматитов, как правило, определяется размером и формой зёрен, составляющих минералы, а также пространственными отношениями между ними. Эти параметры не зависят от массы и геометрии образца породы, но дают ценную информацию об условиях её формирования.
Большинство магматический пород имеют кристаллическую структуру, в которой связаны различные минеральные составляющие. Они развиваются и срастаются во время затвердевания магмы. Скорость её охлаждения оказывает наибольшее влияние на размеры кристаллов в породе. Чем медленнее, тем больше кристаллов, поскольку химические компоненты получают запас времени для встраивания в минерал.
На конечный результат также влияет химический состав магмы. Например, обилие воды увеличивает скорость миграции элементов, а быстрое расширение газов во время извержения вулкана оказывает глубокое влияние на текстуру некоторых пород. Кристалличность обычно делят на несколько степеней:
- Полнокристаллическая состоит исключительно из кристаллов.
- Неполнокристаллическая наряду с кристаллами имеет некоторые вкрапления и стекло.
- Стекловатая содержит преимущественно стекло, имеет мало кристаллов или не включает их вовсе, поскольку затвердела до начала образования. Например, обсидиан, который легко идентифицировать по стекловидному блеску. Края по его сколу могут быть острее, чем у ножа или металлического лезвия. Это свойство сделало минерал фаворитом в хозяйстве людей каменного века, применявших его для изготовления топоров, ножей, наконечников копий.
Зёрна составляющих породу минералов могут быть разных размеров, поэтому их условно делят на несколько типов:
- афонитовый — различимы с помощью микроскопа;
- мелкозернистый — меньше 1 мм;
- среднезернистый — от 1 до 5 мм;
- крупнозернистый — от 5 мм до 2 см;
- очень крупнозернистый — более 2 см.
К наиболее распространённым структурным особенностям вулканической породы относятся пузырчатые отверстия, которые называются везикулами. Они образуются в момент растекания по поверхности раскалённой магмы, когда выделяются содержащиеся в ней газы. Если лава затвердевает до выхода газа, то полученная порода имеет многочисленные полости, определяя пористую структуру.
Везикулы могут варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в диаметре, Это явление обычно распространено в базальтовых магмах, а образованные ею базальты имеют серо-чёрные оттенки (молодые породы) или кирпично-красные (более старые и окисленные). Иногда полости бывают заполнены кристаллами кварца, халцедона, опала и других минералов.
Полезные ископаемые
Магматиты относятся к ценным полезным ископаемым и широко применяются в хозяйственной деятельности человека. Новые научные открытия и технологии позволяют находить и использовать даже очень редкие и малодоступные элементы. Список магматических горных пород, наиболее востребованных в промышленности:
- Габбро — один из самых долговечных природных камней. Образован в результате медленного затвердевания магмы в глубоких недрах Земли, вследствие чего получил плотную структуру и прочность. В строительстве ценится за устойчивость к низким температурам и высокой влажности. Эти качества необходимы для отделочных материалов, применяемых в агрессивных условиях окружающей среды (бассейны, мостовые, вазоны, памятники, колонны).
- Базальт — является изначальным и наиболее распространённым компонентом литосферы. Именно из него формируется новая океаническая и континентальная кора. Состоит из неразличимых невооружённым взглядом зёрен минералов, но может содержать и вкрапления. Применяется для облицовки сооружений, в качестве щебня. Из-за хорошей плавкости пригоден для изготовления кислотоупорного оборудования, труб, электроизоляторов.
- Диабаз — эффузивная горная порода светло-серого цвета, залегающая в виде жил и потоков. Отлично шлифуется, используется как строительный и декоративный камень. Из этого материала возведён знаменитый Воронцовский дворец в Левадии (Крым).
- Пироксенит — тяжёлая зеленовато-серая порода, встречается в виде массивов и штоков. Очень часто имеет в составе руды металлов, в том числе платины.
- Дунит — интрузивная основная порода жёлто-зелёного цвета, состоящая преимущественно из оливина. Связана с месторождениями платины.
- Пегматит — интрузив, сложенный из кварца, ортоклаза и мусковита. Попадается в виде жил, включающих радиоактивные минералы, олово, золото, слюды, драгоценные камни.
- Андезит — по составу близок к базальтам, применяется для облицовки, дорожно-строительных работ, в химической промышленности.
- Гранит — состоит в основном из кварца и полевых шпатов с незначительными включениями. Обладает большой плотностью, поэтому широко применяется в строительстве.
- Пемза — вспененная газами лава, при застывании превращается в “каменную пену”. Большое количество пустот делают её крайне лёгкой, а плотность ниже единицы позволяет держаться на поверхности воды. Используется в промышленности как абразивный материал, а также для изготовления фильтров, термоизоляторов, жидкого стекла.
- Вулканический шлак — рыхлая порода, обладающая меньшей пористостью, чем пемза. Применяется для изготовления лёгких бетонов и дорожных насыпей.
- Вулканический туф — прекрасный и прочный строительный и отделочный материал. Обладает природной красотой, хорошими изолирующими свойствами и прочностью.
В современном мире не существует отраслей промышленности, где в той или иной степени не используются полезные ископаемые, первоначальным источником которых являются магматические породы. Их разведка, добыча и переработка — главное дело жизни большого количества специалистов, обеспечивающих материальную базу технического прогресса человечества.