Метасоматизм
Метасоматоз (от греческого μετά metá «изменение» и σῶμα sôma «тело») — химическое изменение горных пород под действием гидротермальных и других флюидов. [1] Традиционно его определяют как метаморфизм, который предполагает изменение химического состава, исключая летучие компоненты. [2] Это замена одной породы другой, различного минералогического и химического состава. Минералы, слагающие породы, растворяются и новые минеральные на их месте отлагаются образования. Растворение и отложение происходят одновременно, и порода остается твердой.
Синонимы слова метасоматоз – метасоматоз. [3] и метасоматический процесс . Слово метасоматоз может использоваться как название конкретных разновидностей метасоматоза (например, Mg -метасоматоз и Na -метасоматоз ). [4]
Метасоматоз может происходить под действием гидротермальных жидкостей из магматического или метаморфического источника.
В магматической среде метасоматоз образует скарны , грейзены и может поражать роговики в контактном метаморфическом ореоле, примыкающем к интрузивному массиву горных пород . В метаморфической среде метасоматизм обусловлен переносом массы из объема метаморфической породы с более высоким напряжением и температурой в зону с более низким напряжением и температурой, при этом метаморфические гидротермальные растворы действуют как растворитель . Это можно представить, поскольку метаморфические породы в глубокой коре теряют жидкости и растворенные минеральные компоненты по мере разрушения водных минералов, при этом эта жидкость просачивается вверх в неглубокие уровни коры, чтобы химически изменить и изменить эти породы.
Этот механизм подразумевает, что метасоматоз представляет собой поведение открытой системы, которое отличается от классического метаморфизма , который представляет собой минералогическое изменение породы на месте без заметных изменений в ее химическом составе. Поскольку метаморфизм обычно требует воды для облегчения метаморфических реакций, метаморфизм почти всегда происходит с метасоматозом.
Кроме того, поскольку метасоматоз представляет собой процесс массопереноса, он не ограничивается горными породами, которые изменяются в результате добавления химических элементов , минералов или водных соединений . Во всех случаях для образования метасоматической породы метасоматизируется и другая порода, хотя бы в результате реакций дегидратации с минимальными химическими изменениями. Лучше всего это иллюстрируется месторождениями золотых руд , которые являются продуктом целенаправленной концентрации флюидов, извлеченных из многих кубических километров обезвоженной коры, в тонкие, часто сильно метасоматизированные и измененные зоны сдвига и залежи . Исходная область часто в значительной степени химически незатронута по сравнению с сильно гидратированными измененными зонами сдвига, но обе они, должно быть, подверглись дополнительному метасоматозу.
Метасоматоз более сложен в мантии Земли , поскольку состав перидотита при высоких температурах может меняться за счет инфильтрации карбонатных и силикатных расплавов, а также флюидов, богатых углекислым газом и водой, как обсуждалось Лутом (2003). [5] Считается, что метасоматоз особенно важен для изменения состава мантийных перидотитов под островными дугами , поскольку вода вытесняется из океанской литосферы во время субдукции . Метасоматоз также считается критически важным для обогащения источников некоторых , недонасыщенных кремнеземом магм . Карбонатитовые расплавы часто считают ответственными за обогащение мантийного перидотита несовместимыми элементами .
Метасоматоз может быть сходен с другими эндогенными процессами и выделяется 4 основными признаками. [6] Первый из них — ионная замена в минералах , это может происходить в результате осаждения новых минералов одновременно с растворением существующих минералов. [6] Второй признак, используемый для выявления метасоматоза, состоит в том, что он обусловлен сохранением горных пород в твердом состоянии при замещении. [6] Третья отличительная черта связана с изохимическим метаморфизмом, то есть добавлением или удалением других основных элементов, кроме воды (H 2 O) и углекислого газа (CO 2 ). [6] Последняя особенность — четко выраженные зоны метасоматоза. Они образуются в результате магматизма и метаморфизма и образуют характерный рисунок метасоматической колонны. [6]
Виды метасоматитов
[ редактировать ]Метасоматические породы могут быть чрезвычайно разнообразными. Часто метасоматизированные породы сильно, но слабо изменены , так что единственным свидетельством изменения является обесцвечивание, изменение цвета или изменение кристалличности слюдистых минералов.
В таких случаях для характеристики изменений часто требуется микроскопическое исследование минерального комплекса пород для характеристики минералов, любого дополнительного роста минералов, изменений в минералах протолита и так далее.
В некоторых случаях можно обнаружить геохимические свидетельства процессов метасоматических изменений. Обычно это подвижные растворимые элементы, такие как барий , стронций , рубидий , кальций и некоторые редкоземельные элементы . Однако, чтобы правильно охарактеризовать изменение, необходимо сравнить измененные и неизмененные образцы.
Когда процесс становится крайне запущенным, типичными метасоматитами могут быть:
- Замещение цельной породы хлоритом или слюдой в зонах сдвига, в результате чего образуются породы, в которых существующая минералогия была полностью перекристаллизована и заменена гидратированными минералами, такими как хлорит, мусковит и серпентин .
- Скарновые и скарноидные породы, обычно примыкающие к гранитным интрузиям и к реактивным литологиям, таким как известняк , мергель и полосчатое железо .
- грейзена Отложения в пределах гранитных окраин и куполов .
- Родингит типичен для офиолитов , особенно для их серпентинизированных основных даек, содержащих гроссуляр-андрадитовый гранат, кальциевый пироксен, везувиан, эпидот и скаполит.
- Фенит , как вариант метасоматоза, связанный с сильнощелочным или карбонатитовым магматизмом, вносящий различные полевые шпаты , натриевые пироксены или амфиболы и часто необычные минералы (такие как чевкинит или колумбит), содержащие обычно несовместимые элементы, которые с трудом включаются в кристаллическую решетку, т.е. ниобий , цирконий
- Альбитит — результат замены альбитом ( плагиоклаза альбитизация ) . [7] [8]
Эффекты метасоматоза в мантийных перидотитах могут быть как модальными, так и загадочными. При скрытом метасоматозе минеральный состав изменяется или привнесенные элементы концентрируются по границам зерен, а минералогия перидотита остается неизменной. При модальном метасоматозе образуются новые минералы.
Скрытый метасоматоз может быть вызван тем, что поднимающиеся или просачивающиеся расплавы взаимодействуют с окружающим перидотитом, при этом составы как расплавов, так и перидотита изменяются. в твердом состоянии При высоких температурах мантии диффузия также может быть эффективной для изменения состава горных пород на расстоянии десятков сантиметров, прилегающих к каналам расплава: градиенты минерального состава, прилегающие к дайкам пироксенита, могут сохранять свидетельства этого процесса.
Модальный метасоматоз может привести к образованию амфибола и флогопита , а присутствие этих минералов в ксенолитах перидотита считается убедительным свидетельством метасоматических процессов в мантии. Образование минералов, менее распространенных в перидотите, таких как доломит , кальцит , ильменит , рутил и армалколит , также объясняется расплавным или флюидным метасоматозом.
Схемы метасоматоза
[ редактировать ]Обсуждаются две основные схемы проявления метасоматоза в природе в гранитных системах. [9] Диффузный метасоматоз, упомянутый в разделе «Типы метасоматитов», и инфильтрационный метасоматоз. Инфильтрация происходит в трещинах или трещинах, которые способствуют течению жидкости в областях с высокой проницаемостью. [9] Диффузия происходит, когда жидкость проникает в поры породы, это определяется пористостью . Породы, измененные инфильтрационным метасоматозом, будут менее изменены, чем породы, измененные диффузией, из-за эффектов дисперсии при адвекции флюидов. [10]
Эти два метода обычно используются для транспортировки из одного региона в другой. Эти затронутые области могут быть как обогащены, так и обеднены компонентами, транспортируемыми относительно преметасоматического состояния. [11] Химическое выветривание сильно влияет на уровни и содержание метасоматической жидкости, а также на геохимию и минералогию основных элементов кремнеобломочных отложений. [12]
Переделка сборок
[ редактировать ]Исследование измененных пород гидротермальных рудных месторождений выявило несколько распространенных типов гидротермальных комплексов , которые образуют отдельные группы эффектов метасоматических изменений, текстур и минеральных комплексов.
- Пропилитовые изменения вызваны железо- и серосодержащими гидротермальными флюидами и обычно приводят к изменениям эпидот - хлорит - пирит , часто с гематитовой и магнетитовой фациями.
- Изменение альбит-эпидот вызвано кремнеземсодержащими флюидами, богатыми натрием и кальцием , и обычно приводит к образованию слабого альбит -кремнеземного эпидота.
- Калийные изменения , типичные для медно-порфировых и рудных месторождений золота, приводят к образованию слюдистых калиевых минералов, таких как биотит в богатых железом породах, мусковитовая слюда или серицит в кислых породах, а также ортоклазовые (адулярные) изменения, часто весьма распространенные и дающие отчетливые отчетливые лососево-розовые изменения кромок жилок.
- Кварц-серицит-пиритовое изменение , при котором эти минералы могут откладываться как в жилах , так и вкрапленным способом; серицит, в частности, заменяет плагиоклаз и биотит. Это часто встречается в медно-порфировых и молибдено-порфировых месторождениях.
- Аргиллитовые изменения , обычно присутствующие в отдаленных районах порфировых месторождений, представляют собой низкотемпературную совокупность, которая превращает полевые шпаты и некоторые другие минералы в глинистые минералы, такие как каолинит и иллит. Он может наносить поверх более старые сборки, подвергшиеся более высоким температурам. [13]
Более редкие типы гидротермальных флюидов могут включать высокоуглеродистые флюиды, приводящие к развитым реакциям карбонизации вмещающих пород, типичным для известково-силикатов , и кремнеземно-гематитовые флюиды, приводящие к образованию яшпероидов , месторождений манто-руд и распространенных зон окварцевания , обычно в доломитовых пластах. . Напряженные минералы и вмещающие породы гранитных массивов замещаются порфиробластами ортоклаза и кварца, в кварцевых монцонитах Папус-Флэт. [14]
См. также
[ редактировать ]- Грейзен - сильно измененная гранитная порода или пегматит.
- Роговик - серия контактных метаморфических пород, обожженных и затвердевших под воздействием тепла интрузивных магматических масс.
- Гидротермальная циркуляция - циркуляция воды за счет теплообмена.
- Рудогенез - Как в земной коре формируются различные типы месторождений полезных ископаемых.
- Пневматолиз - устаревший геологический термин для обозначения газов, выделяющих магму.
- Скарн - Твердые, крупнозернистые, гидротермально измененные метаморфические породы.
Ссылка
[ редактировать ]- ^ Харлов, Д.Э.; Аустрхайм, Х. (2013). Метасоматоз и химическая трансформация горных пород: взаимодействие горных пород, минералов и флюидов в земной и внеземной среде . Берлин: Шпрингер. дои : 10.1007/978-3-642-28394-9_1 . ISBN 978-3-642-28393-2 .
- ^ Путнис, А.; Аустрхайм, Х. (23 декабря 2010 г.). «Процессы, индуцированные жидкостью: метасоматоз и метаморфизм» . Границы в геофлюидах : 254–269. дои : 10.1002/9781444394900.ch18 . ISBN 978-1-4443-3330-5 .
- ^ «метасоматоз» . Словарь Merriam-Webster.com . Мерриам-Вебстер . Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ Жариков В.А.; Перцев Н.Н.; Русинов В.Л.; Каллегари Э.; Феттс DJ «9. Метасоматоз и метасоматические породы» (PDF) . Рекомендации Подкомиссии МСГС по систематике метаморфических пород: Интернет-версия 01.02.07 . Британская геологическая служба .
- ^ Лют, Р.В. (2003). Летучие вещества мантии - распространение и последствия в книге «Мантия и ядро» (Том 2 «Трактат по геохимии», под ред.). Эльзевир-Пергамон, Оксфорд. стр. 319–361. ISBN 0-08-043751-6 .
- ^ Jump up to: а б с д и Жариков В.А.; Перцев Н.Н.; Русинов В.Л.; Каллегари Э.; Феттс DJ «9. Метасоматоз и метасоматические породы» (PDF) . Рекомендации Подкомиссии МСГС по систематике метаморфических пород: Интернет-версия 01.02.07 . Британская геологическая служба .
- ^ Бульве, Филипп; Руффе, Жиль; Корнише, Жан; Мерме, Максим (январь 2007 г.). «Меловая альбитизация и декварцификация герцинского перглиноземистого гранита в массиве Сальвезин (Французские Пиренеи)». Литос . 93 (1–2): 89–106. Бибкод : 2007Litho..93...89B . doi : 10.1016/j.lithos.2006.05.001 .
- ^ Энгвик, АК; Путнис, А.; Фитц Джеральд, доктор юридических наук; Аустрхайм, Х. (1 декабря 2008 г.). «Альбитизация гранитных пород: механизм замещения олигоклаза альбитом». Канадский минералог . 46 (6): 1401–1415. Бибкод : 2008CaMin..46.1401E . дои : 10.3749/canmin.46.6.1401 .
- ^ Jump up to: а б Жариков В.А.; и др. (и др.). Метасоматоз и метасоматические породы . Академия наук России. стр. 131–146.
- ^ Харлов, Д.Э.; Аустрхайм, Х. (2013). Метасоматоз и химическая трансформация горных пород: взаимодействие горных пород, минералов и флюидов в земной и внеземной среде . Берлин: Шпрингер. дои : 10.1007/978-3-642-28394-9_1 . ISBN 978-3-642-28393-2 .
- ^ Роден, Майкл Ф.; Мурти, против Рамы (1985). «Мантийный метасоматоз». Научная литература о планете Земля . 13 : 269–296. Бибкод : 1985AREPS..13..269R . doi : 10.1146/annurev.ea.13.050185.001413 .
- ^ Федо, Кристофер М.; Уэйн Несбитт, Х.; Янг, Грант М. (1995). <0921:uteopm>2.3.co;2 «Выявление последствий калиевого метасоматоза в осадочных породах и палеопочвах с последствиями для условий палеовыветривания и происхождения» . Геология . 23 (10): 921. Бибкод : 1995Geo....23..921F . doi : 10.1130/0091-7613(1995)023<0921:uteopm>2.3.co;2 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Тейлор, Р.Д., Хаммарстром, Дж.М., Пиатак, Н.М., и Сил II, Р.Р., 2012, Модель порфир-молибденовых месторождений, связанных с дугой: Глава D в моделях месторождений полезных ископаемых для оценки ресурсов: Отчет Геологической службы США о научных исследованиях, Нумерованная серия USGS, 2010 г. - 5070-D, http://pubs.er.usgs.gov/publication/sir20105070D.
- ^ Диксон, Ф.В., 1996, Порфиробласты бариевого калиевого полевого шпата и кварца, Папуз-Флэт-Калифорния, генезис и значение исследований. В Койнер, А.Р., Фэи, П.И., ред. Геология и рудные месторождения Американских Кордильер: Материалы симпозиума Геологического общества Невады, Рино/Спаркс, Невада, апрель 1995 г., стр. 909-924.Диксон, Ф.В., 2000, Химическое внедрение магмы, т. 30, стр. 475-487.Диксон, Ф.В., 2005, Роль жидкостей в необратимых процессах на Земле и их замещении в плутоне Папуз-Флэт, Калифорния. В Родене, Р.Х., Штайнингере, Р.К. и Викре, Р.Г., ред.: Geol. Соц. Симпозиум в Неваде 2005 г.: Окно в мир, Рино, Невада, май 2005 г., с. 161-178.
