Кумулятивная порода

Кумулятивные породы это магматические породы, образовавшиеся в результате скопления кристаллов магмы — путем осаждения или плавания. Кумулятивные породы названы в зависимости от их текстуры ; кумулятивная текстура является диагностической для условий формирования этой группы магматических пород. Кумулаты могут откладываться поверх других более старых кумулатов различного состава и цвета, что обычно придает кумулатной породе слоистый или полосатый вид.

Формирование

Кумулатные породы являются типичным продуктом осаждения твердых кристаллов из фракционирующего магматического очага. Эти скопления обычно возникают на дне магматического очага, хотя они возможны и на крышах, если анортитовый плагиоклаз способен плавать, свободный от более плотного основного расплава. ^{[ 1 ]}

Кумулаты обычно встречаются в ультраосновных интрузиях , в основании крупных ультраосновных лавовых трубок в коматиитовых и магнием богатых базальтовых потоках, а также в некоторых гранитных интрузиях.

Терминология

Кумулаты названы в соответствии с их доминирующим минералогическим составом и процентным содержанием кристаллов в их основной массе (Hall, 1996).

Адкумуляты – породы, содержащие ~100–93% накопленных магматических кристаллов в мелкозернистой основной массе.
Мезокумуляты – это породы, в основной массе которых накоплено от 93 до 85% минералов.
Ортокумулаты – это породы, содержащие от 85 до 75% накопленных минералов в основной массе.

Кумулятивные породы обычно называют в соответствии с кумулятивными минералами в порядке их распространенности, затем по типу кумулята (адкумулят, мезокумулят, ортокумулят), а затем по акцессорным или второстепенным фазам. Например:

Слой с 50% плагиоклаза , 40% пироксена , 5% оливина и 5% основной массы (по сути габбро ) можно назвать плагиоклаз-пироксеновым наростом с акцессорным оливином.
Порода, состоящая из 80% оливина, 5% магнетита и 15% основной массы, представляет собой оливиновый мезокумулат (по сути перидотит ).

Терминология кумулятов подходит для использования при описании кумулятивных пород. В интрузиях, имеющих однородный состав и минимальную текстурно-минералогическую слоистость или видимые скопления кристаллов, описывать их в соответствии с этим соглашением нецелесообразно.

Геохимия

Кумулятивные породы, поскольку они представляют собой фракции исходной магмы, не должны использоваться для определения состава магмы, из которой они образовались. Химический состав самого кумулата может повлиять на состав остаточного расплава, но необходимо учитывать несколько факторов.

Химия

Химический состав кумулата может дать информацию о температуре, давлении и химическом составе расплава, из которого он образовался, но необходимо знать количество минералов, которые выпадают в осадок, а также химический состав или минеральные разновидности осажденных минералов. ^{[ 2 ]} Лучше всего это иллюстрируется примером;

Например, магма базальтового состава, в которой выделяются кумулаты анортитового плагиоклаза и энстатитового пироксена, меняет состав за счет удаления элементов, составляющих осажденные минералы. В этом примере осаждение анортита ( кальциево- алюминиевого полевого шпата ) удаляет кальций из расплава, который становится более обедненным кальцием. Энстатит, осаждающийся из расплава, удаляет магний, поэтому расплав становится обедненным этими элементами. Это имеет тенденцию к увеличению концентрации других элементов – обычно натрия, калия, титана и железа.

Порода, состоящая из накопленных минералов, не будет иметь тот же состав, что и магма. В приведенном примере кумулат анортит + энстатит богат кальцием и магнием, а расплав обеднен кальцием и магнием. Кумулатная порода представляет собой плагиоклаз-пироксеновый кумулат (габбро), а состав расплава теперь более кислый и глиноземистый (с тенденцией к андезитовому составу).

В приведенном выше примере плагиоклаз и пироксен не обязательно должны быть чистыми составами конечных членов (анортит-энстатит), и, таким образом, эффект истощения элементов может быть сложным. Минералы могут осаждаться в кумуляте в любом соотношении; такие кумулаты могут содержать от 90% плагиоклаза: 10% энстатита до 10% плагиклаза:90% энстатита и оставаться габбро. Это также изменяет химический состав кумулата и истощение остаточного расплава.

Видно, что влияние на состав остаточного расплава, оставшегося при образовании кумулата, зависит от состава осаждающихся минералов, числа минералов, соосаждающихся одновременно, и соотношения минералы, выпадающие в осадок. В природе кумулаты обычно образуются из двух минеральных видов, хотя известны от 1 до 4 минеральных видов. Кумулатные породы, которые образуются только из одного минерала, часто называют в честь минерала, например, 99%-ный кумулат магнетита известен как магнетит.

Конкретным примером является вторжение Скергаарда в Гренландию . В Скергаарде слоистая интрузия мощностью 2500 м демонстрирует отчетливую химическую и минералогическую слоистость: ^{[ 3 ]}

Плагиоклаз варьируется от An ₆₆ у основания до An ₃₀ вблизи вершины (An _xx = процент анортита).
- CaO от 10,5% в основании до 5,1% в верху; Na ₂ O + K ₂ O от 2,3% основания до 5,9% сверху
Оливин варьируется от Fo ₅₇ у основания до Fo ₀ вверху (Fo _xx = процент форстерита в оливине).
- MgO от 11,6 % в исходном состоянии до 1,7 % в верхнем; FeO: от 9,3 % базового до 22,7 % верхнего уровня.

Предполагается, что Скергаард кристаллизовался из одного замкнутого магматического очага. ^{[ 3 ]}

Остаточная химия расплава

Один из способов сделать вывод о составе магмы, создавшей кумулатные породы, — это измерить химический состав основной массы, но этот химический состав проблематичен или его невозможно отобрать. В противном случае придется использовать сложные расчеты осреднения кумулятивных слоев, что является сложным процессом. Альтернативно, состав магмы можно оценить, предположив определенные условия химического состава магмы и проверив их на фазовых диаграммах с использованием измеренного химического состава минералов. Эти методы достаточно хорошо работают для кумулатов, образовавшихся в вулканических условиях (т.е. коматиитов ). Исследование магматических условий крупных слоистых ультраосновных интрузий сопряжено с большими проблемами.

У этих методов есть свои недостатки, прежде всего то, что все они должны основываться на определенных предположениях, которые редко выполняются в природе. Основная проблема заключается в том, что в крупных ультраосновных интрузиях ассимиляция вмещающих пород имеет тенденцию с течением времени изменять химический состав расплава, поэтому измерение состава основной массы может оказаться неудовлетворительным. Расчеты баланса массы покажут отклонения от ожидаемых диапазонов, на основании которых можно сделать вывод о том, что ассимиляция произошла, но тогда необходимо приступить к дальнейшим химическим исследованиям для количественной оценки этих результатов.

Во-вторых, крупные ультраосновные интрузии редко представляют собой закрытые системы и могут подвергаться регулярным инъекциям свежей примитивной магмы или потере объема из-за дальнейшей миграции магмы вверх (возможно, для питания вулканических жерл или роев даек). В таких случаях расчет химического состава магмы может выявить не что иное, как наличие этих двух процессов, повлиявших на внедрение.

Несмотря на то, что кумулат кристаллизуется при высокой температуре, он может переплавиться, когда позже будет проникнут подоконником или дайкой магмы. ^{[ 4 ]}

Экономическое значение

Экономическое значение кумулятивных пород лучше всего представлено тремя классами месторождений полезных ископаемых, обнаруженных в слоистых интрузиях от ультраосновных до основных.

Силикатный минерал кумулирует
Оксидный минерал накапливается
Сульфидный расплав кумулирует

Силикатный минерал кумулирует

Силикатные минералы редко бывают достаточно ценными, чтобы их можно было извлекать в виде руды. Однако некоторые интрузии анортозита содержат настолько чистые концентрации анортита , что их добывают для получения полевого шпата , использования в огнеупорах , производстве стекла, полупроводников и других различных целях ( зубная паста , косметика и т. д.).

Оксидный минерал накапливается

Кумулаты оксидных минералов образуются в слоистых интрузиях, когда фракционная кристаллизация достигла достаточного уровня, чтобы обеспечить кристаллизацию оксидных минералов, которые неизменно представляют собой форму шпинели . Это может произойти за счет фракционного обогащения расплава железом , титаном или хромом .

Эти условия создаются за счет высокотемпературного фракционирования высокомагнезиального оливина или пироксена, что вызывает относительное обогащение железом остаточного расплава. При достаточно высоком содержании железа в расплаве магнетит или ильменит кристаллизуются и вследствие своей высокой плотности образуют кумулятивные породы. Хромит обычно образуется во время фракционирования пироксена при низких давлениях, когда хром отделяется от кристаллов пироксена.

Эти оксидные слои образуют сплошные по латерали отложения пород, содержащие более 50% оксидных минералов. Когда оксидные минералы превышают 90% объема интервала, породу можно классифицировать по оксидному минералу, например магнетит , ильменит или хромитит . Строго говоря, это ортокумулаты магнетита, ортокумулаты ильменита и ортокумулаты хромита.

Сульфидные минеральные выделения

Сульфидные минералы накапливаются в расслоенных интрузиях и являются важным источником никеля , меди , элементов платиновой группы и кобальта . месторождения смешанной массивной или смешанной сульфидно-силикатной «матрицы» пентландита , халькопирита , пирротина и/или пирита Формируются , изредка с сульфидами кобальтита и платины-теллура. Эти месторождения образуются в результате несмешивания сульфидных и силикатных расплавов в насыщенной серой магме.

Строго говоря, это не кумулятивная порода, поскольку сульфид осаждается не в виде твердого минерала, а скорее в виде несмешивающейся сульфидной жидкости. Однако они образуются в результате тех же процессов и накапливаются из-за своего высокого удельного веса и могут образовывать обширные по латерали сульфидные «рифы». Сульфидные минералы обычно образуют промежуточную матрицу силикатного кумулата.

Сульфидные минеральные выделения могут образовываться только тогда, когда магма достигает насыщения серой. В основных и ультраосновных породах они образуют промышленные месторождения никеля, меди и платиновой группы (ЭПГ), поскольку эти элементы халькофильны и прочно распределены в сульфидном расплаве. В редких случаях кислые породы насыщаются серой и образуют сульфидные выделения. В этом случае типичным результатом является вкрапленная форма сульфидного минерала, обычно смеси пирротина, пирита и халькопирита, образующая медную минерализацию. Очень редко, но нередко можно увидеть кумулятивные сульфидные породы в гранитных интрузиях.

См. также

Ссылки

^ Эмелеус, Швейцария; Тролль, VR (август 2014 г.). «Ромовый магматический центр, Шотландия» . Минералогический журнал . 78 (4): 805–839. Бибкод : 2014MinM...78..805E . дои : 10.1180/minmag.2014.078.4.04 . ISSN 0026-461X .
^ Чедвик, JP; Тролль, VR; Уэйт, TE; ван дер Цван, FM; Шварцкопф, LM (01 февраля 2013 г.). «Петрология и геохимия магматических включений в недавних отложениях Мерапи: окно в субвулканическую водопроводную систему» . Вклад в минералогию и петрологию . 165 (2): 259–282. Бибкод : 2013CoMP..165..259C . дои : 10.1007/s00410-012-0808-7 . ISSN 1432-0967 . S2CID 128817557 .
^ Jump up to: ^а ^б Холл, Энтони, Магматическая петрология, 1987, Лонгман, с. 228-231, ISBN 0-582-30174-2
^ Дж. Лейтольд, Дж. К. Лиссенберг, Б. О'Дрисколл, О. Каракас; Т. Фаллун, Д.Н. Климентьева, П. Ульмер (2018); Частичное плавление нижней океанической коры на спрединговых хребтах. Границы наук о Земле: Петрология: 6(15): 20 стр; https://dx.doi.org/10.3389/feart.2018.00015

Источники

Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси, 1996, Петрология: магматические, осадочные и метаморфические породы, 2-е изд., стр. 123–132 и 194–197, Фриман, ISBN 0-7167-2438-3
Балхаус, К.Г. и Гликсон, А.Ю., 1995, Петрология слоистых мафит-ультрамафитовых интрузий комплекса Джайлс, западный блок Масгрейв, центральная Австралия . Журнал AGSO, 16/1 и 2: 69–90.

[1] Эмелеус, Швейцария; Тролль, VR (август 2014 г.). «Ромовый магматический центр, Шотландия» . Минералогический журнал . 78 (4): 805–839. Бибкод : 2014MinM...78..805E . дои : 10.1180/minmag.2014.078.4.04 . ISSN 0026-461X .

[2] Чедвик, JP; Тролль, VR; Уэйт, TE; ван дер Цван, FM; Шварцкопф, LM (01 февраля 2013 г.). «Петрология и геохимия магматических включений в недавних отложениях Мерапи: окно в субвулканическую водопроводную систему» . Вклад в минералогию и петрологию . 165 (2): 259–282. Бибкод : 2013CoMP..165..259C . дои : 10.1007/s00410-012-0808-7 . ISSN 1432-0967 . S2CID 128817557 .

[Hall-3] Jump up to: ^а ^б Холл, Энтони, Магматическая петрология, 1987, Лонгман, с. 228-231, ISBN 0-582-30174-2

[4] Дж. Лейтольд, Дж. К. Лиссенберг, Б. О'Дрисколл, О. Каракас; Т. Фаллун, Д.Н. Климентьева, П. Ульмер (2018); Частичное плавление нижней океанической коры на спрединговых хребтах. Границы наук о Земле: Петрология: 6(15): 20 стр; https://dx.doi.org/10.3389/feart.2018.00015

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]