_Stillwater_Mine_MT.jpg/1280px-Sulfidic_norite_(platinum-palladium_ore)_Stillwater_Mine_MT.jpg)
Кумулятивные породы — это магматические породы, образованные накоплением кристаллов из магмы либо путем осаждения, либо путем всплывания. Кумулятивные породы называются в соответствии с их текстурой ; текстура кумулятивных пород является диагностическим признаком условий формирования этой группы магматических пород. Кумулятивные породы могут откладываться поверх других более старых кумулятивных пород различного состава и цвета, что обычно придает кумулятивной породе слоистый или полосчатый вид.
Кумулятивные породы являются типичным продуктом осаждения твердых кристаллов из фракционирующего магматического очага. Эти скопления обычно встречаются на дне магматического очага, хотя они возможны и на крышах, если анортитовый плагиоклаз способен свободно плавать из более плотного мафического расплава. [1]
Кумуляты обычно встречаются в ультраосновных интрузиях , в основании крупных ультраосновных лавовых трубок в коматиитовых и богатых магнием базальтовых потоках, а также в некоторых гранитных интрузиях.
Кумуляты называются в соответствии с их доминирующим минералогическим составом и процентным содержанием кристаллов в их основной массе (Холл, 1996).
Кумулятивные породы обычно называются в соответствии с кумулятивными минералами в порядке распространенности, затем по типу кумуляции (адкумулятивный, мезокумулятивный, ортокумулятивный), а затем по акцессорным или второстепенным фазам. Например:
Терминология кумулятивных пород уместна для использования при описании кумулятивных пород. В интрузиях, которые имеют однородный состав и минимальную текстурную и минералогическую слоистость или видимые скопления кристаллов, нецелесообразно описывать их в соответствии с этой конвенцией.
Кумулятивные породы, поскольку они являются фракционированными материнскими магмами, не должны использоваться для вывода о составе магмы, из которой они образовались. Химия самого кумулята может информировать об остаточном составе расплава, но необходимо учитывать несколько факторов.
Химия кумулята может дать информацию о температуре, давлении и химии расплава, из которого он образовался, но необходимо знать количество минералов, которые соосаждались, а также химию или минеральные виды осаждаемых минералов. [2] Это лучше всего проиллюстрировать на примере;
Например, магма базальтового состава, которая осаждает кумуляты анортитового плагиоклаза плюс энстатитовый пироксен, меняет состав за счет удаления элементов, которые составляют осаждаемые минералы. В этом примере осаждение анортита ( кальциево- алюминиевого полевого шпата ) удаляет кальций из расплава, который становится более обедненным кальцием. Энстатит, осаждаемый из расплава, удалит магний, поэтому расплав становится обедненным этими элементами. Это имеет тенденцию обогащать концентрацию других элементов - обычно натрия, калия, титана и железа.
Порода, состоящая из накопленных минералов, не будет иметь тот же состав, что и магма. В приведенном выше примере кумулятив анортита + энстатита богат кальцием и магнием, а расплав обеднен кальцием и магнием. Кумулятивная порода представляет собой плагиоклаз-пироксеновый кумулятив (габбро), а расплав теперь более фельзитовый и глиноземистый по составу (стремится к составам андезита ).
В приведенном выше примере плагиоклаз и пироксен не обязательно должны быть чистыми конечными членами (анортит-энстатит), и, таким образом, эффект истощения элементов может быть сложным. Минералы могут осаждаться в любом соотношении внутри кумулата; такие кумулаты могут быть 90% плагиоклаза:10% энстатита, вплоть до 10% плагиклаза:90% энстатита и оставаться габбро. Это также изменяет химию кумулата и истощение остаточного расплава.
Видно, что влияние на состав остаточного расплава, оставленного образованием кумулата, зависит от состава минералов, которые осаждались, количества минералов, которые соосаждались одновременно, и соотношения минералов, которые соосаждались. В природе кумулаты обычно образуются из 2 минеральных видов, хотя известны диапазоны от 1 до 4 минеральных видов. Кумулатные породы, которые образованы только из одного минерала, часто называют по имени минерала, например, кумулат с 99% магнетита известен как магнетитит.
Конкретным примером является интрузия Скаергаард в Гренландии . В Скаергаарде слоистая интрузия толщиной 2500 м демонстрирует отчетливую химическую и минералогическую слоистость: [3]
Предполагается, что Скаергаард кристаллизовался из единой замкнутой магматической камеры. [3]
Один из способов сделать вывод о составе магмы, создавшей кумулятивные породы, — это измерить химию основной массы, но эта химия проблематична или невозможна для отбора проб. В противном случае необходимо использовать сложные расчеты усреднения слоев кумулятив, что является сложным процессом. В качестве альтернативы состав магмы можно оценить, предположив определенные условия химии магмы и проверив их на фазовых диаграммах с использованием измеренной химии минералов. Эти методы довольно хорошо работают для кумулятивов, образовавшихся в вулканических условиях (например, коматиитов ). Исследование магматических условий крупных слоистых ультрамафических интрузий сопряжено с большими проблемами.
Эти методы имеют свои недостатки, прежде всего то, что все они должны делать определенные предположения, которые редко бывают верными в природе. Основная проблема заключается в том, что в крупных ультрамафических интрузиях ассимиляция стеновых пород имеет тенденцию изменять химию расплава с течением времени, поэтому измерение состава основной массы может оказаться недостаточным. Расчеты баланса массы покажут отклонения от ожидаемых диапазонов, что может означать, что ассимиляция произошла, но затем необходимо приступить к дальнейшей химии, чтобы количественно оценить эти результаты.
Во-вторых, крупные ультрамафические интрузии редко являются герметичными системами и могут подвергаться регулярным инъекциям свежей, примитивной магмы или потере объема из-за дальнейшей миграции магмы вверх (возможно, для питания вулканических жерл или дайковых роев). В таких случаях расчет химии магмы может не решить ничего, кроме наличия этих двух процессов, повлиявших на интрузию.
Хотя кумуляты кристаллизуются при высокой температуре, они могут вновь расплавиться, если позже в них проникнет силл или дайка магмы. [4]
Экономическое значение кумулятивных пород лучше всего представлено тремя классами месторождений полезных ископаемых, обнаруженных в ультраосновных и основных слоистых интрузиях.
Силикатные минералы редко бывают достаточно ценными, чтобы оправдать добычу в качестве руды. Однако некоторые интрузии анортозита содержат такие чистые концентрации анортита , что их добывают для получения полевого шпата , который используется в огнеупорах , стекольном производстве, полупроводниках и других различных целях ( зубная паста , косметика и т. д.).
Оксидные минеральные кумуляты образуются в слоистых интрузиях, когда фракционная кристаллизация достаточно продвинулась, чтобы позволить кристаллизацию оксидных минералов, которые неизменно являются формой шпинели . Это может произойти из-за фракционного обогащения расплава железом , титаном или хромом .
Эти условия создаются высокотемпературным фракционированием высокомагнезиального оливина или пироксена, что приводит к относительному обогащению остаточного расплава железом. Когда содержание железа в расплаве достаточно высоко, магнетит или ильменит кристаллизуются и, благодаря своей высокой плотности, образуют кумулятивные породы. Хромит обычно образуется при фракционировании пироксенов при низких давлениях, где хром отторгается от кристаллов пироксена.
Эти оксидные слои образуют латерально непрерывные отложения пород, содержащих более 50% оксидных минералов. Когда оксидные минералы превышают 90% от объема интервала, породу можно классифицировать в соответствии с оксидным минералом, например, магнетит , ильменит или хромитит . Строго говоря, это были бы ортокумулаты магнетита, ортокумулаты ильменита и ортокумулаты хромита.
Кумулаты сульфидных минералов в слоистых интрузиях являются важным источником никеля , меди , элементов платиновой группы и кобальта . Образуются месторождения смешанной массивной или смешанной сульфидно-силикатной «матрицы» пентландита , халькопирита , пирротина и /или пирита , иногда с кобальтином и сульфидами платины и теллура. Эти месторождения образуются в результате несмешиваемости расплавов сульфидов и силикатов в магме, насыщенной серой.
Они не являются строго кумулятивной породой, так как сульфид не осаждается как твердый минерал, а скорее как несмешивающаяся сульфидная жидкость. Однако они образуются в результате тех же процессов и накапливаются из-за их высокого удельного веса , и могут образовывать латерально обширные сульфидные «рифы». Сульфидные минералы обычно образуют интерстициальную матрицу для силикатного кумулята.
Сульфидные минеральные сегрегации могут образовываться только тогда, когда магма достигает насыщения серой. В основных и ультраосновных породах они образуют промышленные месторождения никеля, меди и платиновой группы (PGE), поскольку эти элементы являются халькофильными и сильно распределены в сульфидном расплаве. В редких случаях кислые породы становятся насыщенными серой и образуют сульфидные сегрегации. В этом случае типичным результатом является рассеянная форма сульфидного минерала, обычно смесь пирротина, пирита и халькопирита, образующая медную минерализацию. Очень редко, но не исключено, можно увидеть кумулятивные сульфидные породы в гранитных интрузиях.