Курсовая: Проявление исландского шпата в шаровых лавах трапповой формации

Курсовая: Проявление исландского шпата в шаровых лавах трапповой формации

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова

(технический университет)

курсовой проект

По дисциплине Промышленные типы месторождений нерудных полезных ископаемых

пояснительная записка

Тема:

Проявление исландского шпата в шаровых лавах трапповой формации

Автор: студент гр. ГСП-95____________________ /Федоров В.Е./

(подпись)

ОЦЕНКА: __________________

Дата: _______________________

ПРОВЕРИЛ

Руководитель проекта профессор ____________________ /Никитин Д.В./

Санкт-Петербург

1998 год

Оглавление

1. Введение

2. Минеральное вещество и среда кальцитообразования

3. Минеральные типы месторождений исландского шпата

4. Кальцитоносные вулканические формации

5. Месторождения исландского шпата

6. Геолого-структурная обстановка кальцитообразования

ВВЕДЕНИЕ

Исландский шпат - прозрачная крупнокристаллическая разновидность кальцита -

редкий и дефицитный вид минерального сырья. Этот минерал обладает уникальными

свойствами, определяющими его широкое применение в оптике: хорошим

пропусканием света в диапазоне от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной

области спектра, большим двупреломлением и высокой .степенью поляризации

светового пучка, при достаточной механической прочности и устойчивости к

воздействию высоких температур. Кристаллы исландского шпата или их части,

отвечающие техническим требованиям, получили название оптического кальцита.

Из оптического кальцита изготавливаются поляризационные призмы конструкции

Глана, Глана-Томпсона, Глазебрука, Аренса, Франка-Риттера, Николу, Коттона,

двупреломляющие призмы Волластона, Сенармона, Рошона, полутеневые призмы

Шенрока, Шиппиха, лучеразводящие цилиндры и пластины, бифокальные линзы и

другие главные детали полярископов, поляриметров, фотометров,

интерферометров, поляризационных микроскопов и т. п. Приборы, работающие с

поляризованным светом, необходимы для разнообразных научных исследований и

применяются в оборонной, химической и пищевой промышленности, в астрономии и

медицине.

Последнее время значение оптического кальцита еще более возросло в связи с

его использованием в новых областях науки и техники, главным образом в

квантовой электронике, оптотронике и астрофизике. Оптический кальцит оказался

незаменимым или наиболее эффективным материалом модуляторов излучения и

затворов оптических квантовых генераторов, элементов непрервного и

дискретного сканирования света, узкополосных интерференционно -

поляризационных светофильтров. Эти устройства являются неотъемлемой частью

лазеров, оптико-электронных вычислительных машин и других систем, имеющих

важнейшее значение для самой современной техники и исследования космоса.

Промышленность предъявляет жесткие требования к качеству оптического

кальцита. Действующими техническими условиями строго лимитируются Минимальные

размеры обогащенных кристаллов. Не допускаются трещины и двойники, а также

твердые и газово-жидкие включения, видимые невооруженным глазом. Оптический

кальцит, применяемый для работы в ультрафиолетовой области спектра, должен

пропускать от 35 до 50% света с длиной волны 2200 Å, а в инфракрасной

области - от 90 до 99% света с длиной волны 7000 Å . Оптический кальцит

является одним из самых дорогих видов минерального сырья.

В мире известно немного промышленных месторождений оптического кальцита

(Мексика, Южно-Африканская. Республика, США, Исландия). Самое крупное из них

месторождение Гельгустадир в Исландии полностью отработано и в настоящее

время основным зарубежным источником оптического кальцита служат мексиканские

месторождения в штатах Чиуауа, Дуранго и Сонора.

На территории бывшего СССР проявления исландского шпата впервые были отмечены

в середине девятнадцатого - начале двадцатого веков Р.Мааком и

А.Л.Чекановским в Сибири, А.Лагорио, В.Д.Соколовым и М.А.Земятченским в

Горном Крыму и В. И. Воробьевым на Северном Кавказе. В результате,

систематического геологического изучения нашей страны после Великой

Октябрьской социалистической революции число находок этого минерала было во

много раз увеличено. Геологоразведочные работы в конечном итоге привели к

открытию ряда крупных месторождений.

МИНЕРАЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО И СРЕДА КАЛЬЦИТООБРАЗОВАНИЯ

Минеральные парагенезисы месторождений исландского шпата

Промышленные месторождения исландского шпата представ­лены двумя минеральными

типами, резко отличающимися друг от друга. Халцедон-цеолит-кальцитовый тип

характерен для вулкани­ческих гидротермальных месторождений близповерхностной

и субвулканической фаций глубинности. Процесс минералообразования на таких

месторождениях проходил среди многокомпонентных горных пород в напряженной и

часто менявшейся термодинамической обстановке. Минеральные ассоциации здесь

обильны и разнообразны, отмечается несколько стадий минерализации. Для

кальцитового типа телетермальных месторождений типичен простой, практически

мономинеральный состав. Минерализация осуществлялась в мономинеральных

карбонатных породах, как правило, в одну стадию в сравнительно узком

диапазоне температуры и давления.

Особенности минерального состава месторождений в вулканических основных породах

Вулканические гидротермальные месторождения формировались на небольших

глубинах при сравнительно невысоких и быстро снижавшихся температурах и

давлениях. Это обусловило многие специфические черты минералообразования:

кристаллизацию минерального вещества главным образом в свободных полостях

горных пород, уменьшение роли метасоматоза по мере продвижения растворов к

дневной поверхности, широкое участие в гидротермальном процессе коллоидных

растворов, телескопирование минеральных продуктов различной температуры

образования.

На месторождениях исландского шпата в вулканических основных породах развиты

главным образом низкотемпературные минеральные ассоциации и реже минералы

более высокотемпературного скарнового комплекса. Среди них обнаружены

сульфиды (халькопирит, пирит, марказит, галенит), флюорит, магнетит, мартит,

пиролюзит, кварц, халцедон, кальцит, доломит, барит (целестинобарит), апатит,

повеллит, гранат (гроссуляр-андрадит), везувиан , сфен, диопсид, эгирин,

хлориты, гидрослюды (селадонит, вермикулит), сапонит, монтмориллонит,

нонтронит, апофиллит, анальцим, пренит, гиролит, цеолиты (шабазит, гмелинит,

левинит, ломонтит, натролит, мезолит, сколецит, томсонит, гейландит,

филлипсит, гармотом, десмин, морденит, лобанит, стеллерит) и др. Многие

минералы, особенно кальцит и цеолиты, встречаются в виде хорошо образованных

крупнокристаллических индивидов и друз.

Наиболее распространены кальцит (зернистый, блоковый, шестоватый и

крупнокристаллический исландский шпат), халцедон, кальциево-натриевые цеолиты

и анальцим. Каждому геолого-структурному типу месторождений свойственны свои

особенности минерального состава, которые прежде всего проявляются в

различном количественном соотношении этих минералов. Разнообразие минеральных

видов и общая интенсивность минерализации во многом зависят от содержания

вулканического стекла во вмещающих породах и степени их проницаемости для

гидротермальных растворов.

Для месторождений в эффузивных породах характерна минерализация кальцитом,

халцедоном и такими цеолитами, как морденит и гейландит . Цеолитов, а также

минералов из групп хлорита, монтмориллонита и гидрослюд особенно много в

шаровых лавах, богатых вулканическим стеклом. В компактных, лучше

раскристаллизованных мандельштейнах и базальтах преобладает жильный натечный

и яшмовидный халцедон, а цеолиты сравнительно редки. На месторождениях

шаровых лав в соответствии с этим наблюдаются два резко различающихся

минерализованных горизонта: цеолит-кальцитовый - непосредственно в шаровых

лавах и халцедон-кальцитовый - в миндалекаменных базальтах, подстилающих

шаровые лавы.

Одновременно со свободной кристаллизацией минералов происходил метасоматоз

боковых пород, выраженный главным образом в их хлоритизации и

монтмориллонитизации. Наиболее сильно изменен мелкообломочный стекловатый

материал шаровых лав, местами превращенный в практически мономинеральную

монтмориллонитовую или нонтронитовую глину. В мандельштейнах и базальтах эти

процессы развивались гораздо слабее и только вблизи жил и гнезд. Изредка

вулканическое стекло, пироксен и плагиоклаз базальтов замещены кварцем,

кальцитом и цеолитами (морденитом и гейландитом).

Представляется, что все многообразие минеральных видов на месторождениях

исландского шпата в эффузивных траппах охва­тывается тремя основными

парагенетическими ассоциациями:

1) палагонит-хлорит голубовато-серый халцедон (иногда агат),

мелкокристаллический кальцит; ассоциация характеризует обычный состав

миндалин и ранних прожилков в мандельштейнах и сфероидах шаровых лав;

2) натриево-кальциевые, редко натриевые и кальциевые цеолиты (морденит,

гейландит, десмин, ломонтит, натролит, томсонит, сколецит и др.), анальцнм,

апофиллит-сфероидальный сапонит (боулингит), селадонит-полупрозрачный и

частично прозрачный кальцит, монтмориллонит; эта ассоциация наиболее полно

развита в шаровых лавах;

3) яшмовидный цветной или белый фарфоровидный халцедон-кварц(иногда аметист)-

исландский шпат. Могут быть в резко подчиненном количестве цеолиты (чаще

всего морденит), анальцим и сапонит; ассоциация типична для минерализации

мандельштейнов и слабо проявлена в шаровых лавах. В мандельштейнах,

залегающих непосредственно под шаровыми лавами, она обычно выражена в виде

кварц-халцедонового метаколлоидного комплекса (корковидные игольчатые

агрегаты халцедона и кварца по цеолитам, кремнистые натеки и сталагмиты),

благодаря чему кристаллы исландского шпата лишены вростков морденита.

Минерализация лавовых покровов, особенно шаровых лав, нередко зональна. Так,

нижние части мощных линз шаровых лав, как правило, обогащены морденитом и

кальцитом, которые вверх по разрезу постепенно сменяются десмином,

гейландитом и затем анальцимом. Нечеткая горизонтальная зональность в

распределении анальцима намечается на месторождениях Алюнского

кальцитоносного поля.

Субвулканические месторождения в интрузивных траппах отли­чаются большим

числом минеральных видов. Преобладают кальцит, некоторые цеолиты (десмин,

гейландит, иногда натролит) и анальцим. Минералы группы кремнезема

распространены не широко. Морденит, доминирующий среди цеолитов на

месторождениях в эффузивных породах, здесь редок. Постоянно, но в разных

количествах присутствуют минералы ранней, более высокотемпературной стадии

минерализации: гранат (гроссуляр-андрадпт), диопсид, магнетит, апатит,

изредка везувиан (вилюит).

На месторождениях этой группы отмечается очень сильный гидротермальный

метаморфизм вмещающих пород, которые скарнированы, карбонатизированы,

хлоритизированы и цеолитизированы.

Скарнированию подверглись главным образом вулканогенно-обломочные породы у

контакта с долеритами. Апотуфовые скарны имеют переменный диопсид-кальцит-

гранатовый или гранат-хлорит кальцитовый состав и сопровождаются магнетитом.

Иногда туфы и реже долериты полностью замещены кальцитом. Метасоматические

тела и протяженные жилы карбонатных (кальцитовых, ино­гда доломитовых) пород

содержат редкую вкрапленность сульфидов и местами интенсивно окремнены .

Полнокристаллические средне- и крупнозернистые долериты бывают преобразованы

в своеобразные пироксен-цеолитовые породы, состоящие из анальцима, натролита,

томсонита, гейлапдита, десмина, эгиринизированного пироксена и содержащие до

25% сфена. Для стекловатых и палагонитсодержащих долеритов характерно

перерождение в цеолит-хлоритовые породы. Конечными продуктами метасоматоза

являются хлорит-монтмориллонитовые глиноподобные образования. В пироксен-

цеолитовых породах анальцим и натролит снизу вверх постепенно сменяются

натриево-кальциевыми и кальциевыми цеолитами- томсонитом, гейландитом,

десмином, ломонтитом, шабазитом и сколецитом.

В минеральном составе прожилков и гнезд ведущую роль играют цеолиты, кальцит

и изредка халцедон.

На месторождениях в интрузивных траппах можно выделить три главных

минеральных парагенезиса:

1) высокотемпературный скарновый комплекс минералов—ме-тасоматический

кальцит, гранат (андрадит-грссуляр), диопсид или салит-магнетит, апатит-

хлорит (антигорит и др.), близок по составу к основной минеральной ассоциации

железорудных месторождений Тунгусской синеклизы;

2) среднетемпературная минеральная ассоциация - мелко-среднезернистый

кальцит, доломит, сульфиды (пирит, халькопирит, очень редко галенит), апатит,

барит, флюорит-халцедон и кварц-натролит, томсонит; на большинстве

месторождений проявлена очень слабо или отсутствует;

3) низкотемпературный минеральный комплекс - хлориты, анальцим, натриевые,

натриево-кальциевые и кальциевые цеолиты (натролит, десмин, томсонит,

гейландит, шабазит, сколецит и др.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИСЛАНДСКОГО ШПАТА

Кальцит - карбонат кальция теоретического состава СаО 56% и СО2 - 44

% принадлежит к числу самых распространенных минералов земной коры и образуется

при разнообразных геологических процессах.

Основная масса кальцита в виде известняка, мела и ряда дру­гих существенно

карбонатных пород имеет биогенное или хемогенное происхождение, возникая в

результате отложения в мор­ских бассейнах известковистых илов и их диагенеза.

Зернистые агрегаты кальцита - кристаллические известняки и мраморы образуются

при метаморфической перекристаллизации известняков. Кальцит является обычным

минералом гидротермальных и гидротермально-метасоматических образований:

рудоносных и безрудных жил, магнезиальных и известковистых скарнов,

карбонатитов. Некоторые исследователи (Уилли, 1969; Петров, 1972 и др.)

допускают возможность возникновения особых карбонатных расплавов и

магматического происхождения кальцитовых карбонатитов.

Прозрачная крупнокристаллическая разновидность кальцита - исландский шпат

представляет собой большую редкость. Еще более редок оптический кальцит, т.

е. исландский шпат, хотя бы частично лишенный трещин, двойников, включений и

обладающий оптической однородностью. Промышленные месторождения оптического

кальцита образуются в специфических геологических условиях.

Геологической практикой установлено, что исландский шпат имеет эндогенное

гидротермальное происхождение. Он чаще всего встречается среди

цеолитизированных эффузивных и субвулканических пород основного состава, а

также в почти мономинеральых кальцитовых жилах, залегающих в известняках,

доломитах и мраморах. Скопления кристаллов исландского шпата, кроме того,

отмечались в некоторых хрусталеносных кварцевых жилах, внутригранитных

пегматитах камерного типа и рудоносных известковистых скарнах.

Можно выделить пять основных минеральных (минералого-геохимических) типов

месторождений исландского шпата, характеризующихся постоянством главных

минеральных ассоциаций и сходными условиями образования: 1) халцедон-цеолит-

кальци-товый, 2) мономинеральный кальцитовый, 3) кальцит-кварцевый, 4) кварц-

сульфидно-кальцитовый и 5) микроклин-кальцит-морио-новый.

Халцедон-цеолит-кальцитовый тип минерализации связан с вулканическими и

субвулканическими породами основного и умеренно основного состава - базальтами,

долеритами, андезитами и их туфами, затронутыми метаморфическими процессами

цеолитовой фации. Скопления исландского шпата вместе с натриевыми и

натриево-кальциевыми цеолитами (натролит, десмин. гейландит, морденит и др.),

анальцимом, халцедоном и монтмориллонитом образуют минерализованные горизонты

лавовых покровов, а также развиты в зонах дробления и трещинах субвулканических

и пирокластических пород. К этому типу относятся все крупные промышленные

месторождения оптического кальцита бывшего СССР и зарубежных стран.

Кальцитовый тип характерен для известняков, мраморов, доломитов и других

карбонатных пород. Он является практически мономинеральным, если не считать

спорадического присутствия ничтожного количества сульфидов (пирит, халькопирит

и др.), флюорита и барита. Кальцитом минерализованы зоны трещиноватости,

дробления и рассланцевания карбонатных пород, а также полости и пещеры древнего

карста. Исландский шпат обычно изобилует первичными и вторичными дефектами

(замутненность, трещины, механические двойники и т. п.), что сильно

обесценивает месторождения. В бывшем СССР известно всего несколько небольших

промышленных месторождений исландского шпата этого типа, иногда, правда,

содержащих оптический кальцит высокого качества.

Три остальных минеральных типа интересны лишь в генетическом отношении.

Кальцит-кварцевый тип минерализации развит в хрусталеносных кварцевых

жилах гидротермально-альпийского типа. Кристаллы исландского шпата встречаются

в хрусталеносных погребах, залегающих в метаморфических кварц-хлоритовых и

кварц-серицитовых сланцах, рассеченных диабазовыми дайками (Сура-Из и Пуйва на

Приполярном Урале), а также среди окварцованных и доломитизированных мраморов

(Пелингичей).

Минеральное выполнение хрусталеносных гнезд зависит от состава вмещающих

пород. В зеленых сланцах и диабазах спутниками горного хрусталя и кальцита

выступают хлорит (рипидолит) и эпидот, в меньших количествах сидерит, сфен,

гематит, пирит и очень редко рутил. В зонах дробления мраморов бурые и

бесцветные призматические кристаллы кальцита сопровождаются галенитом,

пиритом и другими сульфидами.

Исландский шпат в ассоциации с кварцем и сульфидами известен на некоторых рудных

месторождениях, образовавшихся в карбонатных породах в условиях малых глубин.

Примером такой кварц-сульфидно-кальцитовой минерализации может служить

полиметаллическое скарновое месторождение Тетюхе в Приморье. В известняках

тетюхинской свиты верхнего триаса на контакте с

позднемеловыми-раннепалеогеновыми кварцевыми фельзит-порфирами находятся линзо-

и трубообразные залежи манган-геденбергитового скарна, обильно

минерализованного кальцитом. Кальцит замещает геденбергит, входит в состав так

называемых “бурундучных” руд, цементирует зоны дробления и трещиноватости.

Хорошо ограненные кристаллы кальцита размером до 70 см по длинной оси заполняют

многочисленные пустоты скарнированного известняка.

Своеобразная микроклин-кальцит-морионовая минерализация связана с

гранитными пегматитами камерного типа, которые от­носятся к наименее глубинной

фации (2-4 км от дневной поверхности). Вообще кальцит очень редок в гранитных

пегматитах чистой линии, образуясь в заключительную гидротермальную ста­дию

пегматитового процесса. В этом отношении не являются исключением и камерные

морионо- и флюоритоносные пегматиты Волыни и Центрального Казахстана. Однако в

Средней Азии на Гиссарском хребте выявлены пегматитовые тела, содержащие

миаролы с кристаллами мориона, дымчатого горного хрусталя и исландского шпата.

Особенно интересны пегматиты Кенкольского гранитного мас­сива в западной

части Киргизского хребта. Массив обрамлен кристаллическими сланцами,

филлитами и известняками раннепротерозойского возраста, а также спилитами,

известняками и сланцами среднего, верхнего кембрия. В аляскитовых гранитах

третьей, наиболее поздней фазы внедрения расположены многочисленные шлировые

пегматиты размером от 1 до 5 м (редко 10—12 м) в поперечнике.

Дифференцированные тела имеют тонкую оторочку из мелкозернистого гранит-

аплита и графического пегматита и слабо развитую кварц-полевошпатовую

пегматоидную зону. Центральная часть многих пегматитов представляет собой

миароловую полость-камеру, стенки которой покрыты друзами микроклина и

дымчатого кварца. Пространство между кристаллами заполнено глинисто-

серицитовой массой. В верхних частях некоторых миарол находятся

ромбоэдрические кристаллы исландского шпата до 60—80 кг. Миароловые

кальцитоносные пегматиты сильно альбитизированы и иногда пересечены

кальцитовыми прожилками.

Из приведенного краткого обзора уже видны многие типичные черты генезиса

исландского шпата. Все минеральные ассоциации, включающие исландский шпат,

относятся к фациям малых глубин - приповерхностной, субвулканической и редко

гипабиссальной. Обращает на себя внимание специфический химический состав

вмещающих пород, как правило, богатых кальцием: это известняки, базальты,

диабазы и т. п. Исландский шпат всегда является одним из самых поздних

минеральных продуктов гидротермального процесса и кристаллизуется в полостях

горных пород вместе с другими минералами свободного роста.

КАЛЬЦИТОНОСНЫЕ ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ФОРМАЦИИ

Наиболее распространенные месторождения халцедон-цеолит-кальцитовой формации

локализованы непосредственно в базальтах, андезитах или в сопровождающих их

вулканогенно-обломочных породах и субвулканических долеритах. Генетическое

родство месторождений исландского шпата и базальтоидов находит объяснение в

благоприятном составе летучих компонентов основной магмы, обогащенном

углекислотой и хлором, сравнительно высоком содержании кальция в

базальтоидах, а также в общности структурно-тектонических условий их

образования. И те, и другие относятся к единой фации глубинности, формируясь

в приповерхностной или в близкой к ней обстановке. Узкая петрохимическая

специализация комплексов основных вулканических пород особого значения не

имеет, очевидно, ввиду достаточного сходства их химического состава и

однотипности поствулканических эманаций.

Кальцитоносные вулканические формации характеризуются рядом особенностей.

1. Они имеют относительно молодой, преимущественно мезозойский или

третичный, реже средне- и позднепалеозойский возраст. Многими исследователями

отмечалось чрезвычайно широкое развитие в мезозой-каинозое процессов

траппового, андезитового и трахибазальтового вулканизма, охвативших

Сибирскую, Африканскую, Индийскую и другие древние платформы, а также многие

области завершенной складчатости. Интерестно ,что познечетвертичные и

современные лавы, находящиеся на поверхности, практически не минерализованы.

Это свидетельствует о более поздней минерализации эффузивов по сравнению с

формированием покрова и о гидротермальной поствулканической природе

кальцитобразую-щих растворов.

2. Кальцитоносные вулканические формации как на древних платформах, так и в

складчатых областях всегда слагают верхнюю часть стратиграфического разреза.

Кальцитоносные туфы и лавовые покровы слабо дислоцированы. Они ложатся на

подстилающие породы с угловым или структурным несогласием, заполняя прогибы

или впадины грабен-синклинального типа. Отклонения от горизонтального или

очень пологого залегания обусловлены в большинстве случаев неровным рельефом

субстрата или внутри-формационными вулкано-тектоническими подвижками.

3. Эффузивная деятельность обычно осуществлялась в наземных условиях, о чем

можно судить по прослоям континентальных. или мелководных осадочных пород

среди туфов и лав. Этому не противоречит наличие в толщах лавовых покровов

горизонтов шаровых лав, которым обычно приписывается подводное морское

происхождение. Шаровые базальты Сибирской платформы, Тимана и Прибайкалья

слагают нижние части лавовых покровов и образовались при излиянии лавы в

мелкие пресноводные бассейны или на заболоченную поверхность.

Осадочно-вулканогенные толщи формировались в течение длительного времени,

соответствовавшего одной или даже нескольким геологическим эпохам. Эффузивная

деятельность обычно начиналась эксплозивными выбросами пирокластического

материала из вулканических аппаратов центрального типа и завершалась

трещинными излияниями лав. В дальнейшем при возобновлении вулканических

процессов возможно появление новых центральных вулканов вдоль закупоренных

лавой выводных разломов. Все отмеченные стадии вулканизма сопровождаются

образование