stringtranslate.com

Пегматит

Пегматит с кристаллами голубого корунда .
Пегматит, содержащий лепидолит , турмалин и кварц, из шахты Белый Элефант в Блэк-Хиллз , Южная Дакота.
Протерозойский рой пегматитов в вершине цирка небольшого горного ледника , северо-восток Баффинова острова , Нунавут.

Пегматит — это магматическая порода очень грубой текстуры с крупными переплетенными кристаллами, обычно размером более 1 см (0,4 дюйма), а иногда и более 1 метра (3 фута). Большинство пегматитов состоят из кварца , полевого шпата и слюды и имеют сходный с гранитом кремнистый состав . Однако известны более редкие пегматиты промежуточного состава и основные пегматиты.

Многие из крупнейших в мире кристаллов находятся в пегматитах. К ним относятся кристаллы микроклина , кварца , слюды , сподумена , берилла , турмалина . Некоторые отдельные кристаллы имеют длину более 10 м (33 фута). [1]

Считается, что большинство пегматитов образуются из последней жидкой фракции большого кристаллизующегося магматического тела. Эта остаточная жидкость сильно обогащена летучими веществами и микроэлементами, а ее очень низкая вязкость позволяет компонентам быстро мигрировать, присоединяясь к существующему кристаллу, а не объединяясь для образования новых кристаллов. Это позволяет образоваться нескольким очень крупным кристаллам. В то время как большинство пегматитов имеют простой состав минералов, обычных для обычных магматических пород, некоторые пегматиты имеют сложный состав с многочисленными необычными минералами редких элементов. В этих сложных пегматитах добывают литий , бериллий , бор , фтор , олово , тантал , ниобий , редкоземельные элементы , уран и другие ценные сырьевые товары.

Этимология

Слово пегматит происходит от гомеровского греческого слова πήγνυμι ( pēgnymi ), что означает «связывать вместе», в отношении переплетенных кристаллов кварца и полевого шпата в текстуре , известной как графический гранит . [2] Этот термин впервые был использован Рене Жюстом Гаюи в 1822 году как синоним графического гранита . Вильгельм Карл Риттер фон Хайдингер впервые использовал этот термин в его нынешнем значении в 1845 году. [3]

Общее описание

Пегматиты — это исключительно крупнозернистые магматические породы [3] , состоящие из переплетающихся кристаллов , размеры отдельных кристаллов обычно превышают 1 сантиметр (0,4 дюйма), а иногда и превышают 1 метр (3 фута). [4] Большинство пегматитов имеют состав, аналогичный граниту , поэтому их наиболее распространенными минералами являются кварц , полевой шпат и слюда . [4] [5] Однако известны и другие составы пегматитов, в том числе составы, подобные нефелиновому сиениту [5] или габбро . [4] Таким образом, термин «пегматит» представляет собой чисто текстурное описание. [6] [7] Геологи обычно добавляют к термину описание состава, так что гранитный пегматит представляет собой пегматит с составом гранита, а нефелин-сиенитовый пегматит представляет собой пегматит с составом нефелинового сиенита. [6] Однако Британская геологическая служба не одобряет такое использование, предпочитая такие термины, как биотит-кварц-полевошпатовый пегматит для пегматита с типичным гранитным составом, в котором преобладает полевой шпат с меньшим количеством кварца и биотита. По терминологии БГС, пегматитовая порода (например, пегматитовое габбро ) — это крупнозернистая порода, содержащая участки гораздо более крупнозернистой породы, по существу того же состава. [7]

Отдельные кристаллы в пегматитах могут достигать огромных размеров. Вероятно, самыми крупными когда-либо найденными кристаллами были кристаллы полевого шпата в пегматитах Карелии массой в тысячи тонн. Были обнаружены кристаллы кварца с массой, измеряемой тысячами фунтов [5] , и слюды диаметром более 10 метров (33 фута) и толщиной 4 метра (13 футов). [8] Кристаллы сподумена длиной более 12 метров (40 футов) были найдены в Блэк-Хиллз в Южной Дакоте , а кристаллы берилла длиной 8,2 метра (27 футов) и диаметром 1,8 метра (6 футов) были найдены в Олбани, штат Мэн. . [5] Самый большой кристалл берилла, когда-либо найденный, был найден в Малакиалине на Мадагаскаре и весил около 380 тонн, имел длину 18 м (59 футов) и поперечный разрез 3,5 м (11 футов). [9]

Пегматитовые тела обычно имеют меньшие размеры по сравнению с типичными телами интрузивных пород . Размер тела пегматита составляет от одного до нескольких сотен метров. По сравнению с типичными магматическими породами они весьма неоднородны и могут содержать зоны с различным минеральным комплексом. Размер кристаллов и минеральные ассоциации обычно ориентированы параллельно вмещающим породам или даже концентрически для линз пегматитов. [10]

Классификация

Современные схемы классификации пегматитов находятся под сильным влиянием классификации гранитных пород по глубинным зонам, опубликованной Баддингтоном (1959), а также Гинзбургом и Родионовым (1960) и Гинзбургом и др. (1979) классификация, которая классифицировала пегматиты в зависимости от глубины их внедрения и связи с метаморфизмом и гранитными плутонами. Пересмотр этой схемы классификации, предложенный Черни (1991), широко используется. Классификация пегматитов Черни (1991), которая представляет собой сочетание глубины внедрения, степени метаморфизма и содержания второстепенных элементов, дала существенное представление о происхождении пегматитовых расплавов и их относительной степени фракционирование. [11]

Гранитные пегматиты обычно подразделяют на три иерархии (класс – семейство – тип – подтип) в зависимости от их минералого-геохимических характеристик и глубины внедрения согласно Черни (1991). Классы: абиссальный, москвич, редкий элемент и миаролит. Класс редких элементов подразделяется в зависимости от состава на семейства LCT и NYF: LCT для обогащения литием, цезием и танталом и NYF для обогащения ниобием, иттрием и фтором. Большинство авторов классифицируют пегматиты по LCT- и NYF-типам и подтипам. Другим важным вкладом классификации является петрогенетическая составляющая классификации, которая показывает ассоциацию пегматитов LCT с преимущественно орогенными плутонами, а пегматитов NYF - с преимущественно анорогенными плутонами. [12]

Петрология

Розовый мусковит из пегматитового рудника Хардинг.
Кристаллы голубого апатита на пегматитовом руднике Хардинг

Пегматиты образуются в условиях, в которых скорость зарождения новых кристаллов намного медленнее, чем скорость роста кристаллов . Предпочтительны крупные кристаллы. В обычных магматических породах грубая текстура является результатом медленного остывания глубоко под землей. [13] На самом деле, неясно, образуется ли пегматит в результате медленного или быстрого охлаждения. [14]

Пегматиты — это последняя часть магматического тела, которая кристаллизуется. Эта конечная жидкая фракция обогащена летучими и микроэлементами. [15] [3] Остаточная магма подвергается фазовому разделению на фазу расплава и водную флюидную фазу, насыщенную кремнеземом , щелочами и другими элементами. [8] [16] Такое разделение фаз требует образования влажной магмы, достаточно богатой водой для насыщения до того, как кристаллизуется более двух третей магмы. Иначе разделение жидкой фазы трудно объяснить. Граниту требуется содержание воды 4 % по весу при давлении 0,5  ГПа (72 500  фунтов на квадратный дюйм ), но только 1,5% по весу при 0,1 ГПа (14 500 фунтов на квадратный дюйм), чтобы произошло разделение фаз. [13]

Летучие вещества (в первую очередь вода, бораты , фториды , хлориды и фосфаты ) концентрируются в водной фазе, что значительно снижает ее вязкость. [5] Кремнезем в водной фазе полностью деполимеризован, существуя почти полностью в виде ортосиликата , при этом все кислородные мостики между ионами кремния разрушены. [17] Низкая вязкость способствует быстрой диффузии через жидкость, позволяя расти крупным кристаллам. [5]

Когда эта водная жидкость впрыскивается в окружающую вмещающую породу , минералы кристаллизуются снаружи, образуя зональный пегматит [5] , в котором различные минералы преобладают в концентрических зонах. [17] Типичная последовательность отложений начинается с микроклина и кварца, с небольшим количеством шерла и граната . За этим следует отложение альбита , лепидолита , драгоценного турмалина , берилла, сподумена, амблигонита , топаза , апатита и флюорита , которые могут частично замещать некоторые минералы более ранней зоны. [5] В центре пегматита могут быть полости, выложенные впечатляющими кристаллами драгоценных камней. [18]

Некоторые пегматиты имеют более сложную зональность. Пять различных зон выделяются в пегматите Хардинг в горах Пикурис на севере Нью-Мексико , США. Это: [19]

Крупные кристаллы зарождаются на окраинах пегматитов, увеличиваясь по мере роста внутрь. К ним относятся очень крупные конические кристаллы щелочного полевого шпата. Часто встречаются аплиты . Они могут прорезать пегматит, но также образовывать зоны или пятна неправильной формы вокруг более грубого материала. Аплиты часто слоистые, со следами деформации. [17] Ксенолиты могут быть найдены в теле пегматита, но их первоначальный минеральный состав заменен кварцем и щелочным полевым шпатом, так что их трудно отличить от окружающего пегматита. Пегматит также обычно заменяет часть окружающей вмещающей породы. [17]

Поскольку пегматиты, вероятно, кристаллизуются из фазы с преобладанием флюида, а не из фазы расплава, они находятся на границе между гидротермальными месторождениями полезных ископаемых и магматическими интрузиями . [7] Хотя существует широкое согласие относительно основных механизмов их образования, детали образования пегматита остаются загадочными. [2] Пегматиты имеют характеристики, несовместимые с другими магматическими интрузиями. Они не порфировые и не имеют замороженных краев . Напротив, наиболее крупные кристаллы часто встречаются на окраинах пегматитового тела. Хотя аплиты иногда встречаются по краям, они с такой же вероятностью встречаются и внутри тела пегматита. Кристаллы никогда не располагаются так, чтобы было видно течение, а перпендикулярны стенкам. Это подразумевает формирование в статической среде. Некоторые пегматиты имеют форму изолированных стручков без видимых питающих каналов. [20] В результате иногда предполагалось метаморфическое или метасоматическое происхождение пегматитов. Метаморфический пегматит образуется путем удаления летучих веществ из метаморфических пород, особенно кислого гнейса , с выделением нужных компонентов и воды при правильной температуре. Метасоматический пегматит образуется в результате гидротермальной циркуляции горячих гидротерм в горной массе с массовыми химическими и текстурными изменениями. Метасоматизм в настоящее время не считается механизмом образования пегматитов, и вполне вероятно, что метаморфизм и магматизм вносят свой вклад в создание условий, необходимых для генезиса пегматитов. [2]

Минералогия

Пегматитовый гранит с розовыми кристаллами калиевого полевого шпата, окружающий более мелкозернистый анклав , заполненный кумулатами , каньон Рок-Крик, восточная Сьерра-Невада , Калифорния.

Большинство пегматитов имеют простой состав и часто полностью состоят из минералов, распространенных в граните, таких как полевой шпат, слюда и кварц. [3] Полевой шпат и кварц часто имеют графическую текстуру . [5] Редко пегматиты чрезвычайно обогащены несовместимыми элементами , такими как литий , цезий , бериллий , олово , ниобий , цирконий , уран , торий , бор, фосфор и фтор. Эти сложные пегматиты содержат необычные минералы этих элементов, такие как берилл, сподумен, [8] лепидолит, амблигонит, топаз, апатит, флюорит, турмалин, трифилит , колумбит , монацит и молибденит . Некоторые из них могут быть важными рудными минералами. [5] Некоторые драгоценные камни , такие как изумруд , встречаются почти исключительно в пегматитах. [8]

Нефелин-сиенитовые пегматиты обычно содержат минералы циркония, титана и редкоземельных элементов . [5]

Габброовые пегматиты обычно состоят из исключительно крупных переплетенных пироксена и плагиоклаза . [4]

Геохимия

Эльбаитовый турмалин (оливково-зеленый) и лепидолитовая слюда (фиолетовый) из обогащенного литием пегматита в Бразилии.

Пегматиты обогащены летучими и несовместимыми элементами , что согласуется с их вероятным происхождением как конечной расплавной фракции кристаллизующегося тела магмы. [5] Однако трудно получить репрезентативный состав пегматита из-за большого размера составляющих его минеральных кристаллов. Следовательно, пегматит часто характеризуют путем отбора проб отдельных минералов, составляющих пегматит, и сравнения проводятся в соответствии с химическим составом минералов. Распространенной ошибкой является предположение, что пристеночная зона представляет собой застывшую окраину, состав которой репрезентативен для исходного расплава. [21]

Пегматиты, полученные из батолитов, можно разделить на семейство пегматитов NYF, характеризующееся прогрессирующим обогащением ниобием , иттрием и фтором, а также обогащением бериллием, редкоземельными элементами, скандием , титаном, цирконием, торием и ураном; и семейство пегматитов LCT, характеризующееся прогрессивным накоплением лития, цезия и тантала, а также обогащением рубидием , бериллием, оловом, барием, фосфором и фтором. [22]

Пегматиты NYF, вероятно, фракционировались от гранитов A- до I-типов с относительно низким содержанием алюминия (граниты от субглиноземистых до метаглиноземистых). Эти граниты возникли из истощенной коры или мантийных пород. Пегматиты LCT, скорее всего, образовались из гранитов S-типа или, возможно, гранитов I-типа с более высоким содержанием алюминия (перглиноземистые граниты). [22]

Промежуточные пегматиты (пегматиты NYF + LCT) известны и, возможно, образовались в результате загрязнения магматического тела, первоначально NYF, расплавленной недеплетированной супракрустальной породой. [22]

Экономическое значение

Диаграммы рассеяния содержания и тоннажа лития для отдельных мировых месторождений по состоянию на 2017 г.

Пегматиты часто содержат редкие элементы и драгоценные камни . [23] Примеры включают аквамарин , турмалин, топаз, флюорит, апатит и корунд , часто вместе с оловом , редкоземельными и вольфрамовыми минералами, среди других. [15] [3] Пегматиты добывались как для кварца, так и для полевого шпата. [24] Для добычи кварца особый интерес представляют пегматиты с центральными кварцевыми массами. [24]

Пегматиты являются основным источником лития либо в виде сподумена, литиофиллита , либо обычно из лепидолита. [25] Основным источником цезия является поллуцит , минерал из зонального пегматита. [26] Большая часть бериллия в мире добывается из берилла неювелирного качества, содержащегося в пегматите. [27] Тантал, ниобий и редкоземельные элементы добываются из нескольких пегматитов по всему миру, таких как пегматит Гринбушс , [28] пояс Кибара в Руанде и Демократической Республике Конго , рудник Кентича в Эфиопии , провинция Альто-Лигонья. Мозамбика , [29] и шахты Мибра (Вольта) в Минас-Жерайс , Бразилия. [30]

Вхождение

Заметные проявления пегматита встречаются по всему миру в основных кратонах и в пределах метаморфических поясов зеленосланцевой фации. Однако местонахождения пегматитов хорошо фиксируются только тогда, когда обнаруживается экономическая минерализация. [31]

Пегматиты встречаются в виде даек неправильной формы , силлов или жил и чаще всего встречаются на окраинах батолитов (больших масс интрузивных магматических пород). [3] Большинство из них пространственно и генетически тесно связаны с крупными вторжениями. Они могут принимать форму жил или даек в самой интрузии, но чаще всего они простираются в окружающую вмещающую породу, [5] особенно над интрузией. [17]

Некоторые пегматиты, окруженные метаморфическими породами, не имеют очевидной связи с более крупными интрузиями. В пегматитах в низкосортных метаморфических породах, как правило, преобладают кварцевые и карбонатные минералы . В пегматитах в метаморфических породах более высокой степени преобладает щелочной полевой шпат . [17]

Габброовые пегматиты обычно встречаются в виде линз внутри тел габбро или диабаза . [4] Нефелин-сиенитовые пегматиты распространены в щелочных магматических комплексах. [17]

Рекомендации

  1. ^ Шварц, Г. (1928). «Минеральный регион Блэк-Хиллз». Американский минералог . 13 : 56–63.
  2. ^ abc Лондон, Дэвид; Морган, Джордж Б. (1 августа 2012 г.). «Пегматитовая головоломка». Элементы . 8 (4): 263–68. doi : 10.2113/gselements.8.4.263. ISSN  1811-5209.
  3. ^ abcdef Джексон, Джулия А., изд. (1997). «пегматит». Глоссарий геологии (Четвертое изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. ISBN 0922152349.
  4. ^ abcde Блатт, Харви; Трейси, Роберт Дж. (1996). Петрология: магматические, осадочные и метаморфические (2-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. п. 73. ИСБН 0716724383.
  5. ^ abcdefghijklm Кляйн, Корнелис; Херлбат, Корнелиус С. младший (1993). Руководство по минералогии: (по Джеймсу Д. Дане) (21-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. п. 568. ИСБН 047157452X.
  6. ^ аб Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. п. 255. ИСБН 9780521880060.
  7. ^ abc «Схема классификации горных пород - Том 1 - Магматические породы» (PDF) . Британская геологическая служба: Схема классификации горных пород . 1 : 20–21. 1999.
  8. ^ abcd МакБирни, Александр Р. (1984). Магматическая петрология . Сан-Франциско, Калифорния: Фриман, Купер. стр. 349–350. ISBN 0198578105.
  9. ^ «Самые большие кристаллы Питера Риквуда». Американский минералог.
  10. ^ Лондон, Д.; Контак, диджей (3 сентября 2012 г.). «Гранитные пегматиты: научные чудеса и экономические успехи». Элементы . 8 (4): 257–261. doi :10.2113/gselements.8.4.257.
  11. ^ Черни, П.; Эрджит, ТС (1 декабря 2005 г.). «Возвращение к классификации гранитных пегматитов». Канадский минералог . 43 (6): 2005–2026. doi :10.2113/gscanmin.43.6.2005. ISSN  0008-4476. S2CID  129967533.
  12. ^ Симмонс, Wm. Б. Пропустить; Уэббер, Карен Л. (29 августа 2008 г.). «Генезис пегматита: современное состояние». Европейский журнал минералогии . 20 (4): 421–438. дои : 10.1127/0935-1221/2008/0020-1833. ISSN  0935-1221.
  13. ^ ab Philpotts & Ague 2009, стр. 259.
  14. ^ Philpotts & Ague 2009, стр. 257.
  15. ^ аб Аллаби, Майкл (2013). «пегматит». Словарь геологии и наук о Земле (Четвертое изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780199653065.
  16. ^ Philpotts & Ague 2009, стр. 256.
  17. ^ abcdefg Philpotts & Ague 2009, стр. 255.
  18. ^ Синканкас, Джон (1964). Минералогия для любителей . Принстон, Нью-Джерси: Ван Ностранд. стр. 90–91. ISBN 0442276249.
  19. ^ Джанс, Ричард Х.; Юинг, Родни К. (1976). «Шахта Хардинг, округ Таос, Нью-Мексико» (PDF) . Серия полевых конференций Геологического общества Нью-Мексико . 27 : 263. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  20. ^ Philpotts & Ague 2009, стр. 255–256.
  21. ^ Эрджит, ТС (2005). «Гранитные пегматиты, обогащенные РЗЭ». В Линнене, РЛ; Самсон, И.М. (ред.). Геохимия редких элементов и месторождения полезных ископаемых (Примечания к краткому курсу GAC 17). Геологическая ассоциация Канады. стр. 175–199 . Проверено 23 декабря 2021 г.
  22. ^ abc Черни, П.; Эрджит, ТС (1 декабря 2005 г.). «Возвращение к классификации гранитных пегматитов». Канадский минералог . 43 (6): 2005–2026. doi :10.2113/gscanmin.43.6.2005. S2CID  129967533.
  23. ^ Симмонс, ВБ; Пеццотта, Ф.; Шигли, Дж. Э.; Берлен, Х. (1 августа 2012 г.). «Гранитные пегматиты как источники цветных драгоценных камней». Элементы . 8 (4): 281–287. doi :10.2113/gselements.8.4.281. ISSN  1811-5209.
  24. ^ аб Лундегард, Пер Х. (1971). Nyttosten i Sverige (на шведском языке). Стокгольм: Альмквист и Викселл . стр. 16–17.
  25. ^ Линнен, РЛ; Лихтервельде, М. Ван; Черни, П. (1 августа 2012 г.). «Гранитные пегматиты как источники стратегических металлов». Элементы . 8 (4): 275–280. doi :10.2113/gselements.8.4.275. ISSN  1811-5209.
  26. ^ Черны, Петр ; Симпсон, FM (1978). «Пегматит Танко на озере Берник, Манитоба: X. Поллуцит» (PDF) . Канадский минералог . 16 : 325–333. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 26 сентября 2010 г.
  27. ^ Якубке, Ханс-Дитер; Йешкейт, Ганс, ред. (1994). Краткая энциклопедия химии . пер. обр. Иглсон, Мэри. Берлин: Вальтер де Грюйтер.
  28. ^ Партингтон, Джорджия; Макнотон, Нью-Джерси; Уильямс, Исландия (1 мая 1995 г.). «Обзор геологии, минерализации и геохронологии пегматита Гринбушс, Западная Австралия». Экономическая геология . 90 (3): 616–635. doi :10.2113/gsecongeo.90.3.616. ISSN  1554-0774.
  29. ^ Мельчер, Ф.; Граупнер, Т.; Обертюр, Т.; Шютте, П. (1 марта 2017 г.). «Тантало-(ниобий-оловянная) минерализация в пегматитах и ​​редкометальных гранитах Африки». Южноафриканский геологический журнал . 120 (1): 77–100. дои : 10.25131/gssajg.120.1.77.
  30. ^ Линнен, Роберт; Труман, Дэвид Л.; Берт, Ричард (2014). «Тантал и ниобий». Справочник по критическим металлам (PDF) . стр. 361–384. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 29 июля 2022 г.
  31. ^ Лондон, Дэвид (2016). «Редкоэлементные гранитные пегматиты». Редкоземельные и критические элементы в рудных месторождениях . дои : 10.5382/Ред.18.08. ISBN 9781629490922.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки