magmatski procesi u formiranju … · magmatski procesi u formiranju mineralnih leŽiŠta...
TRANSCRIPT
MAGMATSKI PROCESI U FORMIRANJU MINERALNIH LEŽIŠTA
ORTOMAGMATSKA LEŽIŠTA
• KROMITI
• MASIVNI SULFIDI
Klasifikacija rudnih ležišta
Stratiformni kromit
Laterit
Hidrotermalna mineralizacija
Uvod
• Magmatske stijene su domaćini za veliki broj različitih tipova mineralnih ležišta• mafične stijene – halkofilni i siderofilni elementi• felsične stijene – litofilni elementi
Magme i metalogenija
• siderofilni i halkofilni elementi – plašt i jezgra• Rudarenje do 4 km u dubinu (the TauTona Au rudnici ili Western
Deep Levels Au mine, JAR)
OCEANSKA KORAKONTINENTALNA
KORA
PROSJEČNA DEBLJINA
7 km 30 do 50 km
GUSTOĆA 3.0 g/cm3 2.7 g/cm3
SASTAVBazalt ispod kojeg se
nalazi gabro
Granit, ostale plutonske stijene, škriljavci, gnajsevi
Oceanska kora (5-10 km debljine)
Opx -enstatit – ferosilitMg2Si2O6 - Fe2Si2O6
Cpx - diopsid - hedenbergit
Ca(Mg, Fe)Si2O6
- augit(Ca, Na)(Mg, Fe, Al)(Si, Al)2O6
Magma
bazaltna andezitna riolitna alkalna
- Zašto je visoko-temperaturni olivin obogaćen Mg?
Peridotit
Forsterit Mg2SiO4 Tm = 1910°C Fayalit Fe2SiO4 Tm = 1503°C
(Fe,Mg)2SiO4
r (Mg2+) = 0.67 År (Fe2+) = 0.74 Å
- Zašto je visoko-temperaturni plagioklas obogaćen Ca?
Anortit CaAl2Si2O8
Albit NaAlSi3O8
r (Ca2+) = 1.08 År (Na+) = 1.10 Å
Plagioklas
Ionski potencijal (Z/r)
Bazalt (48-52 wt.% SiO2)
• srednjo-oceanski grebeni- oceanska kora• otočni lukovi• intrakontinentalni riftovi• vruće točke unutar ploča
• parcijalno taljenje plašta (peridotit po sastavu)• komatiite - ultramafična bazaltna magma (>18% MgO)
- ograničeni na Arhajske greenstone pojaseve- predstavljaju visoke stupnjeve parcijalnog taljenja plašta tijekom uvjeta visokog toka topline koji su prevladavali u ranoj formaciji kore, prije 2500 mil.god.
• mineralna ležišta – siderofilni i halkofilni elementi
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+
Ionski radijus vs. Ionski naboj Supstitucije Radijus elementa koji dolazi kao supstitucija bi trebao biti u okvirima od 15% u odnosu na element koji je supstituiran; također se naboj ne bi smio razlikovati za više od 1 pod uvjetom da se razlika u naboju može kompenzirati drugom supstitucijom.
Andezit (52-63 wt.% SiO2)
• otočni lukovi• subdukcijske zone
• mineralna ležišta - porfirna Cu-Au ležišta
Riolit (>68 wt.% SiO2)
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+
• parcijalno taljenje duž oceansko – kontinentalnih otočnih lukova• kolizija kontinent - kontintent
• mineralna ležišta – litofilni elementi• S-tip granit - Sn, U i Th• I-tip granit - Cu, Mo, Pb, Zn i Au
Ortomagmatska mineralna ležišta
Frakcijska kristalizacija Parcijalno taljenje
Nemiješanje magmi
• stratiformna ležišta kromita• podiformna ležišta kromita
• Ni–Cu ležišta sulfida• uranska ležišta u granitima
• KONTAMINACIJA MAGME!!
Krom
kromit, FeCr2O4 (spinel)
Geokemijsko ponašanje Cr
Magmatska frakcionacija- siderofilan do litofilan- Cr3+ (jako kompatibilan); Cr6+ (jako inkompatibilan)
Hidrotermalna mobilnost- Ovisi o redox potencijalu otopine- Cr6+ je mobilan (i toksičan!)- Cr3+ je slabo mobilan
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+
Cr6+
Cr3+
Cr
Stratiformna ležišta Cr
• 98% svjetskih zaliha Cr• slojevi u uslojenim magmatskim kompleksima – nastaju u velikim
magmatskim komorama• ultrabazične stijene nosioci mineralizacije (duniti, peridotiti, pirokseniti)• kromitnu zona Bushveld čini 29 slojeva kromita, iznad koje se nalazi Merensky
Reef obogaćen PGE. U najvišem dijelu kompleksa nađene su značajne količineV-bogatog magnetita.
Stratiformni kromit, kompleks Bushveld
Podiformna ležišta Cr
• lećasta do nepravilna rudna tijela• vezana uz ofiolite - nastaju u malim magmatskim komorama• nastaju na srednjooceanskim grebenima• ultrabazične stijene nosioci mineralizacije (harzburgit, peridotit)
Podiformni kromit, Turska
Podiformni kromit, Glogovac, Kosovo
PGE • Platinska Grupa Elemenata (PGE) • rutenij (Ru), rodij (Rh), paladij (Pd), osmij (Os), iridij (Ir) i
platina (Pt)• odlična katalitička svojstvaMagmatska frakcionacija
• Pt je inkompatibilan• Pd je umjereno inkompatibilan• Rh je kompatibilan• Ru, Os, i Ir su jako kompatibilni elementi
• PGE mogu biti podijeljeni u dvije podgrupe s obzirom namineralna ležišta s kojima su vezani:
• Ir grupa (Ir, Os, i Ru) – vezana uz kromite uultrabazičnim stijenama u obliku samorodnihelemenata ili sulfida
• Pd grupa (Rh, Pd, Pt) – vezana uz sulfide Fe, Ni i Cumagmatskog porijekla
TitanijRutil (TiO2)
Ilmenite (FeTiO3)
Geokemijsko ponašanje Ti
Magmatska frakcionacija
Hydrothermal transport
- litofilan (izdvaja se radije u okside i silikate, nego u sulfide)
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+
Vanadium
- kao legura u čelicima- kemijska industrija (katalizator)
Vanadinit (Pb5(VO4)3Cl)
Geokemijsko ponašanje VHidrothermalni transport (VO4
3-)
Magmatska frakcionacija
- V2+, V3+, V4+ and V5+
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+
Ortomagmatska mineralna ležišta
Frakcijska kristalizacija Parcijalno taljenje
Nemiješanje magmi
• stratiformna ležišta kromita• podiformna ležišta kromita
• Ni–Cu ležišta sulfida• uranska ležišta u granitima
Ravnotežno (eng. batch) taljenje / ravnotežna kristalizacija
- Ravnoteža krute faze i taljevine
Početna koncentracija elementa i u krutoj fazi (i cijelom sustavu)
Koncentracija elementa i koja ostaje u krutoj fazi
Koncentracija elementa i u taljevini (tekuća faza)
Udio taljevine
D<<F → CL/C0=1/F
F≈0→ CL/C0=1/D
Frakcijsko taljenje / frakcijska (Rayleigh) kristalizacija
- Jedino infinitezimalno mali udio taljevine dolazi u ravnotežu s krutom fazom, odnosno, tekuća faza je odstranjena is sustava čim je nastala.
Početna koncentracija elementa i u krutoj fazi (i cijelom sustavu)
Koncentracija elementa i u taljevini (tekuća faza)
Udio taljevine
Ravnotežno taljenje: Frakcijsko taljenje:
Parcijalno taljenje i kristalna frakcionacija kao procesi u formiranju mineralnih ležišta
Kd ili D = koeficijent distribucije za element i
D Cpx / bazaltna taljevina
Ni 5
U 0.03
Zadatak:Izračunaj Cl/Co za Ni i U zaF=0.01, 0.1 i 0.5a) Za ravnotežno taljenjeb) Za frakcijsko taljenje
Pracijalno taljenje i koncentracija inkompatibilnih elemenata: Rössing – mineralno ležište urana, Namibija
• najveći otvoreni kop urana u svijetu• otkriven 1928 / početak radova 1976• 8 % svjetske proizvodnje U
• stijena domaćin: leukogranit (rezultat parcijalnog taljenja starijeg bazena građenog od granita metasedimentne sekvence)
• mineralni sastav ležišta: raspršeni uraninit (UO2)• starost: cca 500 Ma (Damaran orogen)• stupanj obogaćenja (eng. grade): 310 ppm (Clarke vrijednost za U is 2.7 ppm)
Uraninit (pehblenda)
Geokemijsko ponašanje U
Magmatska frakcionacija
- U je jako inkompatibilan
Hidrotermalna mobilnost- Ovisi o redoks potencijalu otopine- U6+ je mobilan- U4+ zanemariva mobilnost
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+
Ortomagmatska mineralna ležišta
Frakcijska kristalizacija Parcijalno taljenje
Nemiješanje magmi
• stratiformna ležišta kromita• podiformna ležišta kromita
• Ni–Cu ležišta sulfida• uranska ležišta u granitima
• KONTAMINACIJA MAGME!!
TEMPERATURA
VISOKA NISKA
DOBRA
MJEŠIVOST
NEMIJEŠIVOST
TALJEVINA
UDIO SiO2
NIZAK VISOK
DOBRA
MJEŠIVOST
NEMIJEŠIVOST
TALJEVINA
fO2
NIZAK VISOK
DOBRA
MJEŠIVOST
NEMIJEŠIVOST
TALJEVINA
Nikal
Ni rudni minerali:Pentlandit ((Fe,Ni)9S8)Ni-bogat pirhotit (FeS)Garnierit (smjesa Ni-silikata)
Garnierit
Geokemijsko ponašanje nikla
Magmatska frakcionacija- Siderofilan s halkofilnim i litofilnim afinitetom- Ni2+ (jako kompatibilan)
Hidrotermalna mobilnost- Mobilan u niskim pH uvjetima- transport Cl-compleksima
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+ Cr
Bakar
Name Formula % Cu
kuprit Cu2O 88.8
halkozit Cu2S 79.8
covellit CuS 66.5
bornit 2Cu2S·CuS·FeS 63.3
malahit CuCO3•Cu(OH)2 57.7
azurit 2CuCO3·Cu(OH)2 55.1
tennantin Cu12As4S13 51.6
halkopirit CuFeS2 34.5
Geokemijsko ponašanje bakra
Magmatska frakcionacija- halkofilan- U magmatsko-hidrotermalnim sistemima preferirano odlazi u
magmatski fluid
Hidrotermalna mobilnost- Mobilan u niskim pH uvjetima- transport bisulfidnim (kao i Au) i Cl-kompleksima(kao i Zn, Pb,…)
Fe3+
Eu2+
Ce4+
Al3+
Si4+
REE3+ Cr
PGE • Platinska Grupa Elemenata (PGE) • rutenij (Ru), rodij (Rh), paladij (Pd), osmij (Os), iridij (Ir) i
platina (Pt)• odlična katalitička svojstvaMagmatska frakcionacija
• Pt je inkompatibilan• Pd je umjereno inkomplatibilan• Rh je kompatibilan• Ru, Os, i Ir su jako kompatibilni elementi
• PGE mogu biti podijeljeni u dvije podgrupe s obzirom namineralna ležišta s kojima su vezani:
• Ir grupa (Ir, Os, i Ru) – vezana uz kromite uultrabazičnim stijenama u obliku samorodnihelemenata ili sulfida
• Pd grupa (Rh, Pd, Pt) – vezana uz sulfide Fe, Ni i Cumagmatskog porijekla
Kontaminacija magme i nemiješivost sulfida: Ni-Cu Sudbury mineralno ležište
- >40 rudnika; 1.5 milijardi tona rude@ 1.2 tež. % Ni i 1 tež. % Cu (PGE)- Rezultat velikog udara meteorita prije 1850 milijuna godina- Meterorit je udario u koru sačinjenu od arhajskih gnajseva i paleoproterozojskih vulkansko-sedimentnim stijena- Glavnina kompleksa Sudbury je sačinjena od diferenciranog paketa norita (mafični intruziv; Ca-bogati plagioklas labradorit, Opx i Ol), kvarcni
gabro, i granofir (kvarc i alkalni feldspati)- Ni–Cu ruda se nalazi u bazi paketa
Rudni minerali:• halkopirit• pentlandit• pirhotit
The following features are essential for the formation of orthomagmaticdeposits:1. Crystal fractionation and gravity-
induced crystal settling.2. Density stratification of magma
chambers and the ability of magmas to undergo density changes as crystallization proceeds.
3. Repeated recharge of chambers by injection of fresh magma.
4. The ability of fresh magma to find its own density level and to mix with the residual magma.
5. The existence of transient periods of crystallization when only a single phase such as chromite is on the liquidus.
6. The formation of immiscible globules of sulfide liquid once the magma becomes saturated or supersaturated with respect to sulfide.
7. The very high partition coefficients of siderophilic elements for the immiscible sulfide fraction.