Критерии и методы определения температуры образования руд

Минералогические методы Знание температур образования минералов, горных пород и руд имеет большое значение для решения ряда геологических проблем и определения условий образования месторождений полезных ископаемых.
Известны многочисленные методы и критерии определения температур образования минералов и руд (Ингерсон, 1958). Рассмотрим некоторые из этих методов.

Точка плавления. Опыты по плавлению некоторых минералов позволяют установить максимальную температуру, при которой эти минералы могут кристаллизоваться. Например, температура плавления самородного висмута 271оС, сурьмяного блеска 546°С, реальгара 314°С. Естественно, что руды, состоящие из самородного висмута, не могут образоваться при температуре выше 271оС, или руда, представленная реальгаром, не может образоваться при температуре выше 314°С.
Температуры превращений. При нагревании некоторых минералов при определенной температуре наблюдается переход от одной кристаллографической модификации к другой. Например, существует две модификации кварца: альфа-кварц и бета-кварц, точка перехода для которых 575°С. Кристаллы альфа-кварца образуются при температуре выше 575°С; они имеют форму гексагональной бипирамиды. Кристаллы бета-кварца образуются при температуре ниже 575°С, они относятся к тригональной сингонии и представляют собой комбинацию удлиненной призмы с двумя ромбоэдрами.
Халькозин имеет также две модификации — гексагональную, образующуюся при температуре более 103°С, и ромбическую, образующуюся при температуре менее 103°С.
Распад твердых растворов. Определению температуры ─ рудообразования помогают наблюдения закономерных срастаний минералов, получающихся в результате распада твердых растворов. К ним относятся, например, решетчатые структуры магнетита и ильменита, для которых температура распада установлена в 700°С. Распад гематита и ильменита происходит при 675°С.
Пластинчатые срастания кубанита с халькопиритом образуются при температуре 450°С; эмульсионная структура сфалерита—халь¬копирита — при температуре около 350°С. Температура распада решетчатой структуры борнита—халькопирита (А. А. Филимо¬нова, 1952 г.) —270°С. Эти температуры распада твердых раство¬ров, установленные экспериментальным путем, не являются строго постоянными, они колеблются в некоторых пределах в зависимости от состава руды.
Изменение физических свойств минералов. Известны минералы, которые при определенных температурах изменяют свои физические свойства. Например, плеохроичные кольца в слюде пропадают при 480°С. При нагревании флюоритов происходит их обесцвечивание при следующих температурах: зеленого 250°С, дымчатого 290°С, светло-голубого 320°С, фиолетового 400°С. Обесцвечивание желтого кальцита происходит при 200°С, голубого кальцита при 315°С, дымчатого кварца при 240°С и т. д.
Приведенные данные указывают предельную температуру, при которой может существовать минерал соответствующей окраски.
Ассоциации минералов в рудах. В зависимости от температуры образования характерных минералов — геологических термометров — можно разделить руды постмагматических месторождений на три группы.
Высокотемпературные минералы (выше 300°С): магнетит, гематит, молибденит, висмутовый блеск, пирротин, пентландит, вольфрамит, кубанит, касситерит, гранат, пироксен, амфибол, топаз. 
Среднетемпературные минералы (300—200°С): халькопирит; сфалерит, галенит, теннантит, тетраэдрит, кварц, хлорит, серицит, барит, кальцит, доломит.
Низкотемпературные минералы (ниже 200°С): стибнит, реальгар, аурипигмент, киноварь, теллуриды, серебро, селениды, аргентит, прустит, стефанит, пираргирит, марказит, мельниковит, адуляр, халцедон, опал.
Следует заметить, что одного минерала недостаточно для суждения о температуре образования руды, но парагенетическая ассоциация нескольких минералов является уже достаточно убедительной. С помощью минералогических методов можно лишь приблизительно определить температуру образования руд. Для более точной температурной градуировки процессов рудообразования большое значение имеет изучение газово-жидких включений в минералах.
Использование газово-жидких включений в минералах Изучая жидкие и газовые включения в минералах с учетом геологических данных, можно определить температуру и давление, при которых происходило образование минералов, химический состав и некоторые физические свойства минералообразующих растворов, их агрегатное состояние, последовательность циркуляции растворов и вообще получить ценные данные в отношении генезиса месторождений. Однако не следует переоценивать значение метода, так как жидкости, сохранившиеся в минералах в. виде включений, не представляют исходных материнских растворов, а являются лишь остаточными, конечными растворами. Это не истинная среда минералообразования, как отмечает А. Г. Бетехтин.
Определение температуры по газово-жидким включениям производится следующим образом. Выпиливается и отполировывается тонкая пластинка из минерала, содержащего жидкие включения. Пластинка, вложенная в особый прибор (термокамера), помещается на столик микроскопа или бинокулярной лупы и подвергается медленному нагреванию до момента исчезновения газовых пузырьков. Температура, при которой произойдет гомогенизация включения, т. е. исчезновение газовых пузырьков в жидких включениях, и должна отвечать температуре образования данного минерала.
По Н. П. Ермакову (1950), наиболее вероятный процесс образования газовых пузырьков и причины их исчезновения следующие. Объем маточного гидротермального раствора, заполнившего образованные в процессе кристаллизации поры, при охлаждении должен сократиться больше, чем объем самих пор. Вследствие разницы в объемах капельки жидкости и вмещающей поры в твердом минерале при охлаждении создается вакуум, быстро заполняющийся парами жидкости, образующей пузырек. Чем больше была нагрета жидкость, тем сильнее сократится ее объем и тем большие размеры должен иметь пузырек газа (пара) в поре.
Искусственное нагревание кристалла приводит к увеличению его объема и объема находящихся в нем пор. Однако маточная жидкость в порах увеличивается в объеме несравнимо больше, чем сами поры. Это вызывает постепенное уменьшение размеров газовых пузырьков, увеличение в них давления и конденсацию пара. Когда объем капельки жидкости и объем вмещающей ее поры станут равными, пузырек газа исчезнет, и этот момент гомогенизации включения фиксирует температуру маточного раствора, захваченного минералом
Температура гомогенизации газово-жидких включений принимается как минимальная температура кристаллизации минерала. Для месторождений малых и средних глубин, в которых начальное внешнее давление значительно не превышает внутреннее давление раствора, полученные данные близки к истинной темпера¬туре кристаллизации минерала. Для месторождений больших глубин, в которых внешнее давление велико, для определения истинной температуры минералообразования приходится вводить поправку на давление и концентрацию раствора.
Температура гомогенизации, полученная экспериментально, всегда несколько ниже истинной вследствие влияния высоких концентраций легкорастворимых солей и значительных давлений, существовавших на глубине. Так, например, для высокотемпературных кварцев Памира, жидкие включения которых в момент гомогенизации содержали 25—45% солей, температура гомогени зации, измеренная А. И. Захарченко (1955), 380—420°С. Затем он ввел поправку по кривым Е. Ингерсона и установил, что темпе ратура формирования высокотемпературных кварцев 400—550СС.
Описанный выше метод позволяет определять температур кристаллизации гидротермальных минералов, но не верхний тем пературный предел образования руды твердое вещество. Это обычно кристаллики галита, карбонатов, сильвина, гематита, альбита и других минералов.