Минералы – индикаторы геологических процессов

Министерство образования  РФ

ГОУ ВПО Уфимский государственный  нефтяной технический университет

 

 

Кафедра геологии и разведки

нефтяных и газовых  месторождений

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине «Общая геология» 

на тему: «Минералы –  индикаторы геологических процессов»

 

 

 

 

 

Выполнили: ст. гр. ГЛ-10-01:

Ибрагимов Ринат, Карсанов Айнур

Проверил: профессор Сиднев А. В.

 

 

 

 

Уфа 2011

Введение

Минералы – носители обширной геологической информации, требуется  лишь нужный ключ для ее выявления. К середине двадцатого века описательная минералогия исчерпала свои возможности. Физические и химические характеристики минералов были в основном изучены.

Но неправильно думать, что минералогия превратилась в  «мертвую науку». Дальнейший путь ее развития – выявление информации об условиях кристаллизации и особенностях происхождения  минералов. В этом случае их изучение помогает суть геологических процессов, а нередко – решать и поисковые задачи. Существует немало примеров в практике, когда особенности строения и свойств минералов позволяли сделать неожиданные геологические выводы и обосновать направление разведочных работ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Титаногематит в бокситах Северного Урала

Пласты бокситов на восточном  склоне Северного Урала залегают в слоях девонских известняков. Рудные выходы здесь сопровождаются ториевыми аномалиями, поскольку  бокситы содержат довольно много  тория. Бокситы на поверхности были уже известны, а аэрогеофизика  новой информации не давала.

Направление дальнейшей разведки можно рекомендовать исходя из следующего: Вытянутые по простиранию горных пород пласты бокситов коррелировали с расположенными западнее и вытянутыми в том же направлении калиевыми аномалиями. Высокими содержаниями калия отличаются пласты силурийских вулканических пород андезитобазальтового состава. Калиевые аномалии уходили далеко на север от известных бокситовых месторождений. Но для обоснования такой рекомендации необходимо выяснить, существует ли геологическая связь между обогащенными калием, лавами силура и бокситами девона.

Связь калиевых и ториевых аномалий приобрела бы геологический  смысл, если выделить устойчивые примесные (акцессорные) минералы из щелочных андезито-базальтовых силура и девонских бокситов, с тем, чтобы попытаться найти в них общие минералы. Таким минералом оказался титаногематит. Обогащение бокситов титаногематитом означало, что исходной породой для их образования послужили основные высокожелезистые вулканические породы.

Теперь связь калиевых и ториевых аномалий приобрела геологический  смысл. Можно обоснованно рекомендовать  проведение разведочных работ дальше на север. Становилась понятной и  связь калиевых с рудными залежами. Известно, что бокситизация особенно успешно идет по породам с повышенным содержанием щелочей. В дальнейшем разведка действительно выявила ряд бокситовых месторождений к северу от знаменитого Уральского месторождения «Красная шапочка».

 

 

 

 

 

Фотолюминесценция апатита

Другой минерал, позволяющий решать поисковые задачи, — широко распространенный апатит. Свечение апатита в ультрафиолетовых лучах (фотолюминесценция) из разных типов горных пород различается. Апатит из глубинных пород (кимберлитов, карбонатитов, нефелиновых сиенитов) имеет сине-фиолетовую фотолюминесценцию за счет примеси

Се3+и Еu2+. Присутствие  Еu2+свидетельствует о резко восстановительной  среде минералообразования. Апатит из пород земной коры (гранитов, диоритов и связанных с ними зон оруденения) светится розовато-желтым цветом за счет примеси Mn2+, Sm3+, Dy3+. Эксперименты Б. Горобца показали, что в апатите гранитоидов при прокаливании его в восстановительной среде появляется свечение Еu2+. Это означает, что исходный европий в апатите гранитоидов находился в трехвалентной форме, которая слабо люминесцирует в красной области спектра. Прокаливание же апатита с порошком графита переводит трехвалентный европий в сильный

двухвалентный люминоген. Трехвалентный  европий в апатите гранитоидов  указывает на повышенную активность кислорода в кислых породах.

Поскольку акцессорный апатит присущ разнообразным породам, по его  люминесценции можно судить об их генезисе, а на близкое присутствие кимберлитовых трубок указывает апатит с голубоватой «мантийной» люминесценцией. В отличие от твердого устойчивого пиропа, который встречается практически во всей Якутии, апатит — минерал мягкий, растворимый в кислой среде. Поэтому он не разносится на большие расстояния и создает «короткие» ореолы вблизи трубок. Но такой поиск требует пересмотра принятой методики минералогического анализа, поскольку наиболее интересными считаются крупные зерна пиропа и хромшпинелидов, тогда как апатит накапливается в тонкой немагнитной фракции (меньше 0,25 мм), которую обычно считают неинформативной.

 

 

 

 

Ртуть - индикатор золота

При оценке рудо-перспективных аномалий геологи сталкиваются с фактором времени. Пробы отобраны, но их надо отвезти в стационарную лабораторию, раздробить, истереть, проанализировать. На это уходят многие месяцы. Результаты приходят с большим опозданием. Но возможна и экспрессная оценка перспективности пород на золото. Она основана на способности золота поглощать малейшие примеси ртути, а при относительно небольшом нагреве отдавать ее. И.Степановым разработал портативный аппарат для определения концентрации ртути в небольших навесках пород или минералов.

Опытно-методические исследования показали, что практически все рыхлые глинистые и железистые породы, залегающие над окисленными и выветрелыми золоторудными жилами, содержат повышенную концентрацию ртути. Это — важный индикатор золотого оруденения. Анализ делается за минуту, прямо в полевых условиях. Если возникают сомнения о ртутьсодержащем минерале, следует установить температуру, при которой ртуть выделяется из навески. Из золота она улетает уже при 300°С, тогда как кристаллическая решетка сульфидных минералов типа пирита прочно удерживает ртуть и отдает ее при гораздо более

высокой температуре.

 

Гидротермальные микроклины — индикаторы месторождений  золота,

серебра, молибдена, меди

Рудоперенос многих халькофильных  элементов (похожих по свойствам  на медь) происходит кислыми гидротермальными растворами, кислотность которых  в значительной степени зависит от присутствия большого количества углекислоты. Ее концентрация достигает сотен грамм на килограмм рудоносного раствора и, в свою очередь, зависит от давления в сотни и даже тысячи атмосфер. Но при подъеме к поверхности давление уменьшается, и избыток углекислоты высвобождается. При образовании крупного месторождения золота с запасами в 100 т из раствора мгновенно выделяется около 0,5·106 т углекислого газа, что можно сопоставить с взрывом десятков тысяч тонн аммонита. Выделение газа носит взрывной характер, окружающие по роды дробятся, при этом формируется так называемая структура рудного поля.

Кислые растворы, теряя  углекислоту, переходят в щелочные. В такой среде катионы золота, серебра, молибдена, меди нерастворимы и быстро кристаллизуются в трещинах вместе скварцем в виде рудных минералов (рис.). Но одновременно с ними кристаллизуются минералы, устойчивые в щелочной среде, — калиевый полевой шпат (адуляр) и тонкочешуйчатая калиевая слюда (серицит). Калия в зонах рудоотложения накапливается так много, что их можно обнаружить с самолета или вертолета, на котором стоит гамма-спектрометр, позволяющий улавливать гамма излучение калия, тория, урана, а, следовательно, и радия. 

                  

                   

 

 

 

 

 

 

 

Золотосеребряная руда (черная) в кварц-полевошпатовой жиле. Натур. вел.

 

Однако существует много  безрудных магматических пород, богатых калием. Как отличить на их фоне рудные зоны? Оказывается, при  промывке магматических пород щелочными содовыми растворами из них легко вымывается торий. Впервые такие эксперименты провел сотрудник Института геохимии АН СССР А. Поляков. Практика показала, что подобный процесс широко распространен в природе и сопровождает рудоотложение халькофильных элементов. Значит, накопление калия на фоне низкого содержания тория позволяет дистанционно (с самолета) искать месторождения золота и других металлов.

 

В то же время накопление тория на фоне выноса калия характерно для месторождений редкоземельных элементов, ниобия, олова. В зонах рудоотложения в кислой среде калиевые минералы неустойчивы и замещаются натриевым полевым шпатом (альбитом) в ассоциации с

флюоритом, турмалином, хлоритом. Торий (без калия) накапливается  также в кимберлитах, карбонатитах, бокситах, россыпях. Антагонизм калия и тория в рудных зонах послужил важным поисковым признаком при проведении аэрогеофизических поисково-съемочных работ во многих районах СССР и сопредельных стран.

 

 

Глубинные конгломераты

Общеизвестно, что водные потоки окатывают угловатые обломки горных пород и минералов, превращая их в валуны, гальку, песок. Но всегда ли окатывание идет только на поверхности Земли? На золоторудном месторождении Коч-Булак, расположенном в предгорьях Кураминского хребта в Средней Азии (Узбекистан) найдены многочисленные вертикальные трубки диаметром 15—20 м, пересекающие относительно пологие золоторудные кварц-пиритовые жилы в андезитах среднего палеозоя. Трубки заполнены галькой и валунами андезитов диаметром от нескольких сантиметров до метра и обломками жильного кварца с пиритом (FeS2). Цемент этих необычных галечников состоял из более позднего кварца, пирита и глинисто-слюдистых минералов. В нем содержалось много золота, а также отмечалось повышенное количество урана и тория (примерно в 10 раз выше среднего их содержания в земной коре).

 

Кварцевая галька явление  для геолога самое обычное, а  вот пиритовая — огромная редкость, поскольку пирит быстро окисляется. Кварц-пиритовые руды в трубках нередко обладают слоистой или косо слоистой текстурой, словно речные отложения. Размеры окатанных кристаллов изменялись от долей миллиметра до 1—1,5 см. Изучение полированных шлифов показало, что окатанные кристаллы имели зональность, аналогичную зональности пирита из ранних кварц-пиритовых жил, пересекавшихся вертикальными рудными столбами. Аналогичными были и их термоэлектрические свойства.

 

Б. Моисеев и Т. Ткачева (ВИМС) изучали окатанные кварц  и пирит метода ми электроннопарамагнитного и ядерного резонанса. Они пришли к выводу, что и кварц, и пирит получили огромную дозу облучения, что объяснялось предположением о былом присутствии радона. Неокатанные кварц и пирит этому облучению не подверглись. Видимо, сильнейший α -

излучатель радон присутствовал  в кипящих растворах в процессе окатывания. Образцы Коч-Булака (как и руды Южной Африки) характеризуются обилием урано-органических соединений (тухолитов).

 

Наиболее сильно окатывание минералов проявлено в кимберлитах — типичных мантийных флюидизитах, возникших за счет прорыва гигантских водородно-метановых пузырей из мантии. Все глубинные минералы кимберлитов ксеноморфны, т. е. лишены кристаллических граней, хотя в других магматических породах они имеют прекрасно выраженные грани. К ним относятся гранат, циркон, апатит, оливин, шпинель, ильменит. В кимберлитах же они по форме подобны речной гальке. Правда, при большом увеличении видно, что их поверхность корродирована и похожа на пористую губку.

Такое явление специалисты  называют «шагренью» . Оно возникает также на лопатках газовых турбин самолетов, а геологам указывает на обработку минералов раскаленными газовыми потоками.

 

Геологи, бесконечно повторяющие, что алмаз — минерал сверхвысоких

давлений, словно забыли, что  советский ученый Б. Дерягин еще  в 1969 г. получил алмазы из метана при давлении ниже атмосферного, а сейчас современные технологии позволяют получать алмазные пленки и кристаллы из водородно-метановой смеси. Мысль о том, что кимберлитовые трубки не выходили на поверхность Земли, помогает ориентировать поисковиков на

открытие трубок, еще не вскрытых эрозией.

 

Маггемит  — минерал космических катастроф

Кроме минералов метеоритов (никелистое железо, троилит и др.), большой интерес вызывают минералы, возникающие при ударах астероидов в астроблемах. Среди них — лонсдейлит, гексагональная модификация алмаза. Этот высокобаричный минерал установлен в Попигайском кратере на Северо-Востоке России. К числу новообразований вокруг астроблем может относиться также и маггемит - магнитная окись железа с составом гематита и структурой магнетита.

 

При поисках кимберлитов  в Якутии можно столкнуться с многочисленными магнитными

аномалиями, обусловленными скоплениями маггемита. Его изучение показало, что при нагревании он, как положено, не переходит в гематит.

 

 

Маггемит в большом  количестве был установлен и американцами на Марсе. По мнению ученых, марсианские красные пески также связаны с прокаливанием маггемита при астероидных ударах. Сейчас на поверхности Марса известны сотни крупных свежих метеоритных кратеров диаметром в десятки и сотни километров. Маггемит красноцветов Марса — индикатор космической катастрофы, которая произошла там сравнительно не давно