21.05.02 (С) С1.Б.27 "Кристаллография и минералогия" (Колегов П. П.)
Лекция по минералогии: Сульфиды и их аналоги
Требуемые условия завершения
Пройти лекцию до конца
Образование сульфидов
Лекция доступна в pptx и pdf
Магма – это сложный многокомпонентный раствор-расплав, образующийся при определённых условиях в недрах Земли или других планетных тел. При застывании образуют интрузивные тела.
Лава – магматический расплав, излившийся на поверхность земли. Формирует эффузивные тела. От магмы отличается пониженным содержание летучих компонентов.
Дифференциация – разделения исходной (основной) магмы на расплавы разного состава. Существует два механизма дифференциации: ликвация и кристаллизационная дифференциация.
Гибридизацией называется смешение магматических расплавов, проникших в одну магматическую камеру из различных очагов. В результате этого формируется расплав, состав которого будет промежуточным между составами двух исходных.
Флюид - состояние раствор-расплава при котором агрегатное состояние жидкости или газа неизвестно или несущественно (для конкретного рассмотрения) [по Кигай И. Н. Некоторые химические аспекты гидротермального минералообразования// Российский химический журнал. – 2010. – Т. LIV, № 2. – С. 87-98].
низкотемпературные (эпитермальные), формирующиеся при температурах 150-50 °С;
среднетемпературные (мезотермальные) с температурами образования минеральных ассоциаций от 300 до 150 °С;
высокотемпературные (гипотермальные), возникшие при температурах 350-300 °С.
Среди минералов, образующихся гидротермальным путём, широким распространением пользуются сульфиды Cu, Pb, Zn, Hg и др. К числу характерных продуктов гидротермальной деятельности относятся кварц, карбонаты и многие другие минералы.
С пневматолитово-гидротермальными процессами связано образование крупных месторождений редких (W, Mo, Sn, Bi, Sb, As, Hg), цветных (Cu, Pb, Zn), благородных (Au, Ag) и радиоактивных (U, Th) металлов.
Пневматолито-гидротермальные и гидротермальные процессы в природе не только выступают самостоятельно, завершая магматогенный процесс, но и проявляются как постмагматические этапы (обычно автометасоматические) сложных процессов минералообразования — пегматитового, карбонатитового, скарнового и вулканического. Кроме того, они могут быть наложены на ранее сформировавшиеся магматические, пегматитовые и другие тела. В этом случае они аллометасоматические и образуют наложенные альбититы, грейзены и гидротермалиты.
По характеру растворы могут быть:
высокотемпературные:
Миграция серы в земной коре определяется степенью ее окисленности: восстановительная среда способствует образованию сульфидных минералов, окислительные условия – возникновению сульфатных минералов.
В природе сера встречается в двух валентных состояниях аниона S2-, образующего сульфиды, и катиона S6+, который входит в сульфатный радикал SO4.
Нейтральные атомы серы представляют собой переходное звено между двумя типами соединений, зависящими от степени окисления или восстановления.
Некоторые сульфиды железа, никеля и меди, такие, как пирротин (Fe1-xS), пирит (FeS2), пентландит ((Fe,Ni)9S8), халькопирит (CuFeS2), выделяются на ранних стадиях кристаллизации основных магм вследствие явлений ликвации.
Однако образование остальной массы сульфидов и сульфосолей обычно является результатом отложения из водных растворов в гипогенных условиях.
Большинство сульфидных и сульфосолевых минералов гидротермального происхождения. Однако существуют сульфиды (например, ковеллин, халькозин, пирит, марказит), образовавшиеся в экзогенных условиях, главным образом за счет первичных сульфидов или в особых седиментационных условиях.
Порядок отложения сульфидных минералов определяется отношением в составе минералообразующих растворов весовых количеств анионов и катионов. Отношение анион/катион для наиболее распространенных сульфидов и их аналогов следующее:
Глоссарий
Магматический процесс – это процесс образования минералов путем кристаллизации непосредственно из магмы.Магма – это сложный многокомпонентный раствор-расплав, образующийся при определённых условиях в недрах Земли или других планетных тел. При застывании образуют интрузивные тела.
Лава – магматический расплав, излившийся на поверхность земли. Формирует эффузивные тела. От магмы отличается пониженным содержание летучих компонентов.
Дифференциация – разделения исходной (основной) магмы на расплавы разного состава. Существует два механизма дифференциации: ликвация и кристаллизационная дифференциация.
Ликвация – разделение расплава на две несмешиваемые жидкости, одна из которых, с меньшей плотностью, будет скапливаться в верхней части магматической камеры, а другая – в нижней (пример в быту: вода-масло).
Кристаллизационная дифференциация обусловлена неодновременностью перехода различных компонентов магмы в твёрдую фазу при её охлаждении. Разделение компонентов происходит под действием силы тяжести.
Ассимиляция – это растворение или расплавление магмой захваченных ею обломков окружающих горных пород. Обломки (ксенолиты) попадают в магматический расплав из стенок и кровли магматической камеры.
Кристаллизационная дифференциация обусловлена неодновременностью перехода различных компонентов магмы в твёрдую фазу при её охлаждении. Разделение компонентов происходит под действием силы тяжести.
Гибридизацией называется смешение магматических расплавов, проникших в одну магматическую камеру из различных очагов. В результате этого формируется расплав, состав которого будет промежуточным между составами двух исходных.
Флюид - состояние раствор-расплава при котором агрегатное состояние жидкости или газа неизвестно или несущественно (для конкретного рассмотрения) [по Кигай И. Н. Некоторые химические аспекты гидротермального минералообразования// Российский химический журнал. – 2010. – Т. LIV, № 2. – С. 87-98].
Классификация гидротермальных образований
В соответствии с температурой образования гидротермальные образования подразделяются на:
низкотемпературные (эпитермальные), формирующиеся при температурах 150-50 °С;
среднетемпературные (мезотермальные) с температурами образования минеральных ассоциаций от 300 до 150 °С;
высокотемпературные (гипотермальные), возникшие при температурах 350-300 °С.
Среди минералов, образующихся гидротермальным путём, широким распространением пользуются сульфиды Cu, Pb, Zn, Hg и др. К числу характерных продуктов гидротермальной деятельности относятся кварц, карбонаты и многие другие минералы.
С пневматолитово-гидротермальными процессами связано образование крупных месторождений редких (W, Mo, Sn, Bi, Sb, As, Hg), цветных (Cu, Pb, Zn), благородных (Au, Ag) и радиоактивных (U, Th) металлов.
Пневматолито-гидротермальные и гидротермальные процессы в природе не только выступают самостоятельно, завершая магматогенный процесс, но и проявляются как постмагматические этапы (обычно автометасоматические) сложных процессов минералообразования — пегматитового, карбонатитового, скарнового и вулканического. Кроме того, они могут быть наложены на ранее сформировавшиеся магматические, пегматитовые и другие тела. В этом случае они аллометасоматические и образуют наложенные альбититы, грейзены и гидротермалиты.
По характеру растворы могут быть:
- газовыми, газово-жидкими и жидкими;
- истинными (ионно-молекулярными) и коллоидными;
- кислыми, нейтральными и щелочными.
Типоморфные ассоциации в гидротермальных рудных жилах
[по Станкевич Е. А. Генетическая минералогия. – М.: Недра, 1986. – С. 187-188]высокотемпературные:
1) топаз-касситеритовая в оловорудных жилах — кварц, топаз, циннвальдит, касситерит; флюорит, галенит, местами микроклин, альбит;
2) берилл-вольфрамитовая в вольфраморудных жилах — кварц, берилл, флюорит, вольфрамит, молибденит, пирит; мусковит, топаз, шеелит, касситерит, висмутин;
3) вольфрамит-молибденитовая в вольфрам- и молибденорудных жилах — кварц, ортоклаз, родохрозит, молибденит, вольфрамит (гюбнерит); флюорит, триплит, пирит и другие сульфиды;
среднетемпературные:
2) берилл-вольфрамитовая в вольфраморудных жилах — кварц, берилл, флюорит, вольфрамит, молибденит, пирит; мусковит, топаз, шеелит, касситерит, висмутин;
3) вольфрамит-молибденитовая в вольфрам- и молибденорудных жилах — кварц, ортоклаз, родохрозит, молибденит, вольфрамит (гюбнерит); флюорит, триплит, пирит и другие сульфиды;
4) золото-сульфидная в кварцевых жилах — кварц, золотосодержащие пирит, блеклая руда, галенит и халькопирит, самородное золото; карбонаты, турмалин, шеелит, айкинит и другие сульфиды;
5) сфалерит-галенитовая в полиметаллических рудах — кварц, кальцит, сфалерит, галенит, пирит; пирротин, халькопирит, арсенопирит, тетраэдрит, сидерит, хлорит;
6) халькопирит-пиритовая в колчеданных рудах — пирит, халькопирит, сфалерит, кварц; пирротин, галенит, арсенопирит, магнетит, блеклая руда, борнит, золото, барит, кальцит, серицит, хлорит;
низкотемпературные:
5) сфалерит-галенитовая в полиметаллических рудах — кварц, кальцит, сфалерит, галенит, пирит; пирротин, халькопирит, арсенопирит, тетраэдрит, сидерит, хлорит;
6) халькопирит-пиритовая в колчеданных рудах — пирит, халькопирит, сфалерит, кварц; пирротин, галенит, арсенопирит, магнетит, блеклая руда, борнит, золото, барит, кальцит, серицит, хлорит;
7) антимонит-киноварная в сурьмяно-ртутных рудах — кварц, киноварь, антимонит; марказит, халцедон, флюорит, сидерит;
8) реальгар-аурипигментовая в мышьяковых рудах — реальгар, аурипигмент, кварц; кальцит, серицит, антимонит, пирит.
8) реальгар-аурипигментовая в мышьяковых рудах — реальгар, аурипигмент, кварц; кальцит, серицит, антимонит, пирит.
Минералы гидротермальных жил
Образование сульфидов
[по Костов И. Минералогия / Серия Науки о Земле. – М.: Мир, 1971. – С. 117, 121-122]Миграция серы в земной коре определяется степенью ее окисленности: восстановительная среда способствует образованию сульфидных минералов, окислительные условия – возникновению сульфатных минералов.
В природе сера встречается в двух валентных состояниях аниона S2-, образующего сульфиды, и катиона S6+, который входит в сульфатный радикал SO4.
Нейтральные атомы серы представляют собой переходное звено между двумя типами соединений, зависящими от степени окисления или восстановления.
Последовательное окисление серы происходит главным образом так:
\( S^{2-} \rightarrow S^{2-}_2 \rightarrow S^0 \rightarrow S^{6+} \)
Некоторые сульфиды железа, никеля и меди, такие, как пирротин (Fe1-xS), пирит (FeS2), пентландит ((Fe,Ni)9S8), халькопирит (CuFeS2), выделяются на ранних стадиях кристаллизации основных магм вследствие явлений ликвации.
Однако образование остальной массы сульфидов и сульфосолей обычно является результатом отложения из водных растворов в гипогенных условиях.
Большинство сульфидных и сульфосолевых минералов гидротермального происхождения. Однако существуют сульфиды (например, ковеллин, халькозин, пирит, марказит), образовавшиеся в экзогенных условиях, главным образом за счет первичных сульфидов или в особых седиментационных условиях.
Порядок отложения сульфидных минералов определяется отношением в составе минералообразующих растворов весовых количеств анионов и катионов. Отношение анион/катион для наиболее распространенных сульфидов и их аналогов следующее:
Скуттерудит СoAs3-x — 3,80
Лёллингит FeAs2 — 2,68
Арсенопирит FeAsS — 1,91
Кобальтин CoAsS — 1,80
Никелин NiAs — 1,28
Пирит FeS2 — 1,15
Линнеит Co3S4 — 0,72
Молибденит MoS2 — 0,67
Пирротин Fe1-xS — 0,57
Халькопирит CuFeS2 — 0,53
Сфалерит ZnS — 0,49
Галенит PbS — 0,16
Уменьшение количества серы и мышьяка, связанное с обеднением растворов этими элементами, приводит к образованию сульфидов, обогащенных металлами. Их геохимический характер изменяется от преимущественно арсенофильного и тиофильного до селенофильного и
теллурофильного.
Лёллингит FeAs2 — 2,68
Арсенопирит FeAsS — 1,91
Кобальтин CoAsS — 1,80
Никелин NiAs — 1,28
Пирит FeS2 — 1,15
Линнеит Co3S4 — 0,72
Молибденит MoS2 — 0,67
Пирротин Fe1-xS — 0,57
Халькопирит CuFeS2 — 0,53
Сфалерит ZnS — 0,49
Галенит PbS — 0,16