Файл: Борисов, О. Г. Экструзии и связанные с ними газо-гидротермальные процессы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 77
Скачиваний: 0
Т а б л и ц а 53
Некоторые термодинамические |
данные, использованные при |
расчетах |
в работе |
|
(И. К. Карпов и др., |
1968) |
|
|
|
Минерал |
Формула |
—Z°asB |
H°398 |
S°3ie кал/ |
ккал/моль |
ккал/моль |
град,моль |
||
Калиевый |
полевой |
шпат |
KAlSijDs |
|
Альбит ............................. |
|
|
|
NaAl3Si30 8 |
Анортит (гексаг.) |
. . |
. |
CaAhSieOa |
|
Анортит ............................ |
|
|
|
CaAbSieOe |
М усковит........................ |
|
|
KAI3Si3Oio (OH) 2 |
|
Парагонит....................... |
|
|
NaAl3Si3Oio(OH)2 |
|
М аргарит........................ |
|
|
CaAUSi2Oio(OH)2 |
|
Монтмориллонит |
. . |
. Nao,33Al2,33Si3.670io(OH) 2 |
||
Монтмориллонит . . . Ai2Si<OI0(OH)2 |
||||
Каолинит |
........................ |
|
|
HiAl2Si209 |
Галлуазит |
........................ |
|
|
H4Al2Si2Q9 |
Гиббсит ............................. |
|
|
|
аьоз • 3H2o |
Алунит кал. * . |
. . |
. KA13(0H )6S042 |
||
Алунит натр. * * . |
. . . |
|
NaAl3(0H )GS0.12 |
|
Ярозит кал. * * . |
. . . |
|
KFe3(0H )6S042 |
|
Ярозит натр. ** . |
. . |
• NaFe3(OH)6SO<2 |
||
Кварц (а) |
........................ |
|
|
Si02 |
Калий ............................. |
|
|
|
K+ |
Н а т р и й ............................ |
|
|
|
N+ |
Кальций ............................ |
|
|
|
Ca2+ |
Алюминий......................... |
|
|
Al3+ |
|
Ж е л е зо ............................ |
|
|
|
Fe3+ |
Сульфат — ион |
|
|
s o 3- |
|
Гидроксил |
. . |
. |
. OH- |
|
В о д а ................................. |
|
|
|
H20 |
892,70 |
946,10 |
51,4 |
884,58 |
938,0 |
50,2 |
948,6 |
1003,2 |
45,8 |
954,3 |
1008,1 |
48,4 |
1328,1 |
1419,2 |
69,0 |
1326,2 |
|
|
1392,5 |
|
|
1276,6 |
|
|
1256,3 |
|
|
901,4 |
978,1 |
48,5 |
897,04 |
973,7 |
48,6 |
545,7 |
611,38 |
33,5 |
1113,6 |
1235,6 |
78,4 |
1107,7 |
|
|
788,10 |
|
|
782,0 |
|
|
204,64 |
217,65 |
10,0 |
67,46 |
60,04 |
24,5 |
62,59 |
57,28 |
14,4 |
132,8 |
129,77 |
—13,2 |
115,0 |
125,4 |
—74,9 |
2,53; 3,01 |
11,4 |
—70,1 |
177,34 |
217,73 |
4Д |
37,59 |
54,96 |
—2,52 |
56,69 |
68,32 |
16,72 |
П р и м е ч а н и е . * По С. Shomate, |
19-16; ** наш расчет. |
|
||
ченные термодинамические данные |
не |
противоречат друг |
другу. |
|
2. Каолинит |
2Si02(B) Ч- 5Н20 = |
H4AlaSiaOe + 6Н+, |
(35) |
|
2А13+ + |
||||
K r = Ю -10’0; |
AZ°* = 13, 64; |
AZ„ |
= — 901, 92 ккал. |
|
По Карпову AZ1!I10JI. = —901,4 ккал.
Для расчета свободной энергии реакции образования каолини-
та использован верхний |
предел pH = |
3,7. |
Если полагать, |
что ионы |
А13+ могут находиться |
в растворе |
до |
рН==4,37, то |
А^*каол. * |
155
Т а б л и ц а 54
Изобарные потенциалы и pH образования минералов (в ккал/моль), полученные по средним данным природных газо-гидро термальных систем в сравнении с данными других авторов
Минерал |
-—AZ°a(»B |
рн |
(данные авто |
||
|
ров) |
|
Гиббсит |
543,84 |
4,37 |
Монтморилло |
1249,0 |
4,37 |
нит |
|
|
Альбит |
884,24 |
6,87 |
Калиевый по |
890,71 |
6,87 |
левой шпат |
|
|
Анортит |
957,74 |
6,87 |
Мусковит |
1321,15 |
6,87 |
Парагонит |
1314,68 |
6,87 |
Маргарит |
1388,19 |
6,87 |
Каолинит |
896,4 |
4,37 |
(Галлуазит) |
|
|
Каолинит |
896,4 |
6,87 |
(Галлуазит) |
|
|
Алунит — К |
1113,6 |
2,33 |
Алунит — Na |
1107,5 |
2,33 |
Алунит — К |
1113,6 |
6,6 |
Ярозит — К |
788,10 |
1,11 |
Ярозит — Na |
782,0 |
1,11 |
Уравнение реакции
2А13++6 ■Н20 = А120 3 • ЗН20+6Н +
4Si02+2Al3+ + 60H - = H2A!2Si40 ,2+
+ 2 • Н20
0,5 • H2A!2Si4012--HNa++ S i0 2 =
= NaAISi3Ofl+H +
0,5 • H2Al2Si40i2+K++Si02 =
= KAISi30 8H-H
H2Al2Si40i2+ C a2+ = CaAl2Si208+
+2H ++2Si02
1,5 ■H2AI2Si40 ,2+K + =
= KAI3Si30,o (OH) 2+ 3Si02+H +
1,5 • H2Al2Si40,2+Na+ =
= NaAl3Si3O10(OH)2-t-3SiO2+H +
2 • H2Al2SuO,2+Ca2+ =
= CaAi4Si2Oio(OH)2+6Si02+2H+
2• Al3++2Si02+5H 20 = H4Al2Si20 9+
+6Н+
2• NaAlSi30 8+ 2H + + H 20 =
=H 4Al2Si20 9+4 • Si02+2Na+
3Al3+K ++2 • S O |~ |
+60H ~ = |
= KA13 (OH) e [S04]2 |
|
3Al3++N a++2 • SO |
+ 6 • OH- = |
=N aA l3(0H )6[S04]2 |
|
1,5 • H4Al2Si209-t-K ++2S0^- |
+3H = |
= KA13 (OH) c [S04]2-f 3Si02+ |
1,5H20 |
3Fe3++K ++2SO 24~ |
+6H 20 |
= |
= KFe3(0H )e[S04]2+6H+ |
|
|
3Fes++N a++2SO 2 |
+6H 20 = |
|
= NaFe3(0H )6[S04]2+6H+ |
|
|
Уравнение реакции pH обра зования
3pH = 9,66—lg [Al3+]
3pH = 9,66—Ig [Al3+]
pH = 5,49 —lg [Na+]
PH = 4,31 —lg [K+]
2pH = 10,84-lg [Ca2+]
pH=4,31- l g [K+]
pH=5,49 —lg [Na+]
2pH = 10,84—lg [Ca2+]
3pH=9,66 —lg [Al3+]
pH= 5,49 —1g [Na+]
2pH = 1,19—lg [Al3+]
2pIT= 1,19 — lg [Al3+]
3pH = 28,08+
+ 2 lg [S 0 24- ] + l g [K+]
2pH = —1,72—lg [Fe5+]
2pH = —1,72—lg [Fe3+]
—AZ°2og (И.К. Карпов н др., 1968)
545,7; 546,96;
1256,3;
884,58; 886,7;891,5;
891,12;892,7;893,8;
954,3;957,0;959 4;
1328,1; 1327,08;1328,75;
1326,2;
1392,5;
901,4;
897,04
901,4;
897,04;
1113,6 (Hemley J., 1969)
—
1113,6 (Hemley J., 1969)
—
= —897,4 ккал, что соответствует не каолиниту, а галлуазиту. Ви димо, из раствора, содержащего алюминий в виде иона, образуется
каолинит, а при |
образовании |
гидрата |
окиси |
алюминия — галлу- |
|
азит. |
Аналогичные расчеты |
сделаны |
и для |
других минералов |
|
(табл. |
54). Они |
показывают, что действительно вулканические |
|||
гидротормы, являющиеся дифференциатом магматических эмана ций, проявляющихся на поверхности, имеют относительно посто янный состав, а характер их воздействия на вмещающие породы зависит, главным образом, от концентрации водородных ионов. Поэтому мы вправе в уравнения, приведенные в табл. 54, подста вить вычисленные средние значения концентраций минералообра зующих ионов для определения крайнего предела pH образования минералов в условиях проявления современных вулканических гидротерм. Если при этом полагать, что общая минерализация газо-гидротерм изменяется медленно во времени, полученные пре делы pH современных минералов можно перенести на минералы, образованные в более раннее геологическое время.
Расчет возможных процессов минералообразования
по данным для конкретных вулканов
Согласно химической термодинамике, величина изменения изобарного потенциала Z для определенной реакции будет равна:
|
1<7 |
а \ Р - а D ’ * * |
|
AZ = R T In п \т |
\п |
а а |
а а |
— R T In |
(36) |
Первый член правой части этого уравнения включает неравно
весные концентрации |
в начале реакции |
(а1), а второй член — те |
|
же концентрации после достижения равновесия |
(AZ°). |
||
Вулкан Дзендзур |
(см. табл. 52). |
Проба |
воды отобрана из |
водно-грязевого котла |
на фумарольном |
поле |
(Т. Ю. Маренина, |
1957). Температура воды 90° С, рН = 2,65. Под воздействием гидро терм вмещающие породы превращаются в глины, в которых обна ружены прожилки опала, алунита и других минералов. Как видно из табл. 52, активные концентрации ионов в интервале температу ры 25—90° С изменяются незначительно. При определении свобод ной энергии ошибка в расчете не должна превышать 0,04 ккал; исключение составляет железо (около 0,1 ккал). Для практических расчетов такой ошибкой можно пренебречь и считать активность величиной постоянной.
При расчете изобарного потенциала реакции величину тепло емкости не учитываем, считая, что в данном интервале температу
ры |
она |
изменяется |
незначительно. |
|
По |
1. Каолинит |
Si02(T): |
|
|
реакции 35 при |
|
|||
AZR |
= |
A Z * - AS* ( 7 - 2 9 8 , 15). AZR =12, 56 ккал; |
K r = 1 0 - 9-2. |
|
Т |
|
т |
Т |
|
158
П о д а н н ы м т е р м в у л к а н а , K r = 1 0 - 7 , u ; A Z r t = 1 1 ,8 7 к к а л ;
д2'==3,30 ккал. Образование каолинита невозможно. |
|
||||
Рассмотрим |
реакцию |
|
|
|
|
2KAlSi30 8 + Н20 + 2Н+ = H4Al2Si20 8 + 4SiOs + 2К+ |
(37) |
||||
калиевый |
|
|
каолинит |
|
|
полевой |
|
|
|
|
|
шпат |
|
|
|
|
|
|
AZ* = —13,96 ккал; |
K rt — Ю10,56. |
|
||
Для вулкана: |
K r = Ю-0,08; |
AZW?,= 0,13 ккал. Образование као |
|||
линита возможно. |
|
|
|
|
|
2. Алунит. |
|
|
|
|
|
По реакции |
|
|
|
|
|
ЗАН+ + 2SO^“ + |
К+ + |
6Н20 = |
КА13 (OH)B[ S04]2 -f 6Н+, |
(38) |
|
|
|
|
|
алунит |
|
AZr t = |
— 17,38 ккал; |
K r t = Ю10-48. |
|
||
Для вулкана: K rt= —104,95AZ^r = —8,22 ккал. A Z = —9,16ккал.
Образование алунита возможно.
По реакции |
|
|
|
1, 5H4Al2Si20 9 + К+ + |
2SO^~ + |
ЗН+ = КА13(ОН)с [S04]2 + |
|
|
|
алунит |
|
|
3Si02 + |
1,5 Н20 |
(39) |
AZR = |
—40,14 ккал; K r t — 1015-66 . |
|
|
Для вулкана: Кв = 1 0 15'66; AZn^ = —26,03 ккал; AZ — —13,41 ккал.
Образование алунита по каолиниту не исключено. Одновременно
образуется опал.
3. Монтмориллонит (для стандартных условий). По реакции
|
|
2KAlSi30 8 + 2Н+ = |
H2Al2Si40 12 + |
2Si02(T) + 2К+; |
(40) |
|
|
|
калиевый |
монтмориллонит |
|
|
|
|
|
полевой шпат |
|
|
|
|
|
|
AZ°r = — 15, 10 ккал; K r = Ю11-07. |
|
|||
Для вулкана 7Сл=10-1'7; AZ„=2,32 ккал; AZ——17,42 ккал. Обра |
||||||
зование |
монтмориллонита |
возможно. |
|
летом |
||
Вулкан Менделеева. Пробы термальных вод отобраны |
||||||
1970 г. на нижнем сольфатарном поле в |
водно-грязевом котле в |
|||||
ассоциации с опалом, каолинитом, |
ярозитом. Температура |
терм |
||||
90° С, |
рН = 2,16. . |
|
|
|
|
|
1. |
Каолинит |
|
|
|
|
|
Реакция |
(35) при Si02(T): |
|
|
|
|
|
|
|
AZ^ = 15,17 ккал; |
K rt = |
10_9ЛЗ- |
|
|
159
Д л я |
в у л к а н а : с д]3+ = 1 0 “ 3,1Э; K r |
= 1 0 —13158 к к а л ; A Z r ^ — 1 0 ,9 3 |
ккал; |
||||
AZ= |
4,24 ккал. Образование каолинита невозможно. |
|
|||||
|
По реакции |
(37) AZ r ^ = —13,96 ккал; |
K r t = 1б8,40 . |
|
|||
Для |
вулкана: а |
+ = 10-4,35; Krt — 10-4,38; |
AZ r — — 7, 30 ккал; |
||||
AZ = —21,26. Идет процесс образования каолинита. |
|
||||||
По |
22. Ярозит (для стандартных условий). |
|
|
|
|||
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
3Fe3+ + 2S04- + К+ + 60 Н - = KFe3 (0H)G[S04]2. |
(41) |
|||||
|
AZ r = |
— 131,39 ккал; |
K R = |
Ю96-33 . |
|
|
|
Для |
вулкана: арез+ = Ю—3,9S; ак+ = |
10~4'35; |
aso2 — = 10“ 2,26; |
||||
Дд =1091-76; A Z °= — 125,16 «кал; |
A Z = —6,23 |
ккал. Если |
учесть |
||||
температуру,реакция почти равновесна. При стандартных условиях
идет процесс образования ярозита. |
по калие |
Аналогичный расчет сделан для монтмориллонита |
|
вому полевому шпату (реакция 40) AZ r =5, 97 ; K r |
— 10~4,38 |
AZ==— 19,48 .ккал. Монтмориллонит образуется.
Как видим, термодинамические расчеты подтверждают на правленность химических процессов минералообразования. В ус ловиях кислой среды одновременно идут процесс выщелачивания пород и процесс образования новых минералов. При этом стадий ность процесса полностью отвечает природной зональности в изме ненных породах: неизмененная порода — монтмориллонит-каоли- нит-алунит-опал. i
Г Л А В А 17
СТРУКТУРНО-ТЕКСТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Структура и текстура
Измененные породы в связи с экструзивными куполами отно сятся к гидротермально-метасоматическим породам типа вторич ных кварцитов. Описанию минералогии, структуре и текстуре таких пород по отдельным районам посвящены многие исследова ния и, в частности, по Камчатке обобщающая работа Г. М. Власо ва и др. (1971). Поэтому рассмотрим типичные структуры и тек стуры пород и минералогический состав, наиболее часто встречаю щиеся в измененных породах в связи с экструзиями.
Во многих случаях измененные породы имеют четко выражен-
160