Контактово-метасоматические процессы

При внедрении магмы вмещающие породы в первую очередь испытывают прогрев, причем наиболее сильно тогда, когда магма кристаллизуется и отдает максимальное количество тепла. Прогрев сам по себе способен стимулировать многие реакции во вмещающих породах, но особенно активно изменения протекают, если вмещающие породы резко отличны по химизму от магматического расплава и продуктов его кристаллизации. По законам термодинамики реакции будут протекать в направлении сглаживания различий химизма контактирующих сред, т. е. начнется обмен компонентами между магмой (а затем - магматической породой) и вмещающей породой. Так как вмещающая порода при этом остается в твердом состоянии, то такой обмен возможен лишь путем метасоматоза - реакций замещения. Поскольку они идут на контакте двух сред, такие процессы и названы контактово-метасоматическими. Мы остановимся на характеристике двух из них – фенитизации и скарнообразовании.

Фенитизация

Название происходит от местности Фен в Скандинавии, где этот процесс был впервые изучен. При внедрении щелочной магмы в силикатные и алюмосиликатные породы (гнейсы, граниты, песчаники, габброиды, амфиболиты) происходит вынос из кристаллизующегося расплава большого количества щелочей - K₂O и Na₂O, которые активно воздействуют на вмещающие породы, изменяя их. Это изменение идет тем интенсивнее, чем сильнее отличаются вмещающие породы от внедрившейся магмы по составу. И особенно, если сами вмещающие породы неоднородны и контрастируют между собой по химизму (тогда и между ними тоже начинают идти реакции).

В результате такого воздействия магмы на вмещающие породы вокруг массива щелочных пород возникает ореол контактово-метасоматических пород, которые и получили название фениты. Этот ореол обычно имеет зональное строение, так как температура и степень метасоматического замещения по мере удаления от контакта во вмещающие породы меняются (рис. 16).

Так, вблизи контакта со щелочным интрузивом, где прогрев наиболее сильный, а количество поступающих щелочей максимально, первона­чальные минералы вмещающих пород полнос­тью замещаются новообразованными, среди которых будут щелочные минералы, характерные для самой магматической щелочной породы: недосыщенный кремнеземом нефелин, щелочной пироксен - эгирин, калишпат (ортоклаз). Чуть дальше от контакта образуются эгирин-авгит или диопсид, альбит и тонкоигольчатый эгирин.

На большем удалении от контакта, во второй зоне, уменьшается количество новообразованных минералов (в первую очередь - нефелина) и сохраняются реликты первичных минералов вмещающих пород.

Еще дальше от контакта самые щелочные из новых минералов уже не образуются, количество незамещенных первичных минералов возрастет, а затем по мере удаления от контакта вынос щелочей будет фиксироваться только по вновь образованному альбиту. В конце концов, можно проследить весь переход вплоть до исходных вмещающих пород, на которых воздействие щелочного массива уже никак не отразилось.

Температура фенитизации вблизи контакта достигает 1200–1000 ^оС, то есть такая же высокая, как температура кристаллизации щелочной магмы.

Чем фениты обратили на себя внимание? Тем, что нередко вместе со щелочами во вмещающие породы выносятся Nb, Ta, TR, Zr, Hf - те элементы, которыми щелочные магмы богаты; и в фенитах они нередко дают скопления таких минералов, как пирохлор (Nb, Ta, TR, U, Th), циркон (Zr + Hf), бастнезит (TR), и в этом случае фениты становятся ценной рудой. Типичными примерами фенитов являются контактово-метасоматические ореолы вокруг щелочных массивов Хибин, Вишневых Гор (Урал), Сибири.

Скарнообразование

Скарны - это породы, которые образуются метасоматическим путем на контакте карбонатных вмещающих пород с магматическими, чаще всего кислыми, гранитоидными породами.

Следует отметить, что скарны и скарноподобные породы могут возникать и при внедрении ультраосновных, основных, щелочных магм, и даже на контакте карбонатных и немагматических силикатных толщ, но все-таки наиболее типичны случаи внедрения в карбонатные породы гранитоидных магм, поскольку именно тогда проявляется контрастность контактирующих сред по химизму, а значит, наиболее активно идет обмен компонентами. Такой обмен вызывает изменение минерального состава пород и в приконтактовой части гранитного массива (эндоскарны), и особенно - в приконтактовой части со стороны вмещающих пород (экзоскарны) (рис. 17). Поскольку он происходит путем замещения обеих пород, то к нему приложим термин биметасоматоз (предложен Д. С. Коржинским). Считают, что скарны образуются на глубине 3–7 км и образованию их способствует возникновение трещин контракции (усадки объема при остывании магматических пород).

В зависимости от состава вмещающих карбонатных толщ образуются скарны двух типов - магнезиальные и известковые.

1. Магнезиальные скарны образуются на контакте с магнезиальными карбонатными толщами - доломитами, доломитовыми мраморами - CaMg(CO₃)₂. Поэтому для них характерна ассоциация минералов, богатых магнием, или двойных солей Са и Mg:

форстерит Fo Mg₂[SiO₄],

флогопит Phl KMg₃[AlSi₃O₁₀](OH,F)₂,

шпинель Sp MgAl₂O₄,

диопсид Di CaMg[Si₂O₆],

энстатит En Mg₂[Si₂O₆],

минералы группы хондродита-гумита -

Mg₂[SiO₄]×Mg(F,OH)₂-4Mg₂[SiO₄]×Mg(F,OH)₂,

тремолит Trem Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂,

иногда -

магнезиальный турмалин NaMg₃Al₆[Si₆O₁₈](BO₃)₃(OH,F)₃₊₁.

2. Известковые (известковистые) скарны образуются на контакте с мраморизованными известняками и мраморами, поэтому здесь преобладают кальциевые силикаты:

волластонит Voll Ca₃[Si₃O₉],

гроссуляр-андрадит Gross-Andr Ca₃Al₂[SiO₄]₃ - Ca₃Fe₂[SiO₄]₃,

диопсид-геденбергит Di-Häd CaMg[Si₂O₆] - CaFe[Si₂O₆],

везувиан Ves Ca₁₀(Mg,Fe)₂Al₄[SiO₄][Si₂O₇]₂(OH,F)₄,

эпидот Ep Ca₂FeAl₂[SiO₄][Si₂O₇]О(OH),

тремолит Trem Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂.

Температура скарнообразования различна: для магнезиальных - 850–650 ^оС, известковых - 800–400 ^оС. Непосредственно у контакта при максимальном прогреве температура может подниматься до 1000 ^оС.

По мере остывания зоны контакта, вследствие контракции скарнированных пород, развивается трещиноватость, и в трещины начинают поступать сначала пневматолитово-гидротермальные, а затем – гидротермальные растворы, которые отделяются при кристаллизации магматических пород. Растворы активно изменяют более ранние скарновые минералы, поэтому в образовании скарнов различают собственно скарновый этап (подразделяемый на раннескарновый и позднескарновый) и этап более поздних наложений, главным образом гидротермальных. Эти наложения приводят не только к
перекристаллизации скарновых минералов и замещению раннескарновых минералов позднескарновыми, но и к отложению в скарнах гидротермальных минералов, компоненты которых приносятся растворами из магматического очага. Среди них такие очень важные в промышленном отношении, как шеелит Ca[WO₄], молибденит MoS₂, минералы Be, Sn, Fe, Co, Pb + Zn, Cu, самородное Au.

По характеру рудной специализации среди скарнов выделяют железорудные скарны (магнетитовые) – г. Магнитная, Высокая, Благодать, Верблюжка (Урал), Соколово-Сарбайское м-е (Тургайский прогиб), скарны Горной Шории; меднорудные скарны (с халькопиритом, борнитом, халькозином) – Хакасия; вольфрамоносные скарны (с шеелитом) – Майхура, Чорух-Дайрон, Лянгар и др. (Средняя Азия), Тырныауз (Кавказ); скарны с полиметаллическим оруденением (сфалеритом, галенитом) – Тетюхе или Дальнегорское (Приморье); скарны с кобальтовым оруденением (кобальтином) – Дашкесан (Азербайджан); золоторудные скарны – Горная Шория и Алтай; бороносные скарны (с людвигитом (Mg,Fe)₂Fe[BO₃]O₂) – Якутия, Горная Шория.