Контактно-метасоматические процессы.

При внедрении магмы вмещающие породы испытывают прогрев, и при различии их химизма, по законам термодинамики между ними происходит обмен компонентами путем метасоматоза, т. е. реакции замещения на контакте двух сред. При анализе рудоносных формаций важное значение придается геохимическим барьерам.

Метасоматоз. При метасоматозе реакция носит обменный характер, порода находится в твердом состоянии, ее объем не изменяется.

Различают метасоматоз по месту образования (гипергенный, гидротермальный) и по механизму миграции (инфильтрационный и диффузный). Гидротермальный метасоматоз протекает при температуре 40–500 °С. Он часто предваряет рудообразование. Основную роль выполняет инфильтрационный метасоматоз, захватывая толщу до 8 км. Диффузный метасоматоз действует обычно в пределах нескольких метров, чаще эти виды метасоматоза совмещаются.

Реакция метасоматоза экзотермическая и сопровождается связыванием воды в силикатах (хлоритизация, серицитизация, каолинитизация). На метасоматоз влияет реакция среды, поэтому выделяют кислотное выщелачивание и щелочной метасоматоз. Гидротермально измененные породы называют гидротермалитами.

Кислые растворы формируются в гидротермах при средних температурах с содержанием HCl, HF, H2S, CO2 и других кислотных ком- понентов. С ними связаны грейзенизация, березитизация, пропилитизация.

Для высоких и низких температур характерна щелочная среда, которая вызывает альбитизацию, нефелинизацию, магнезиальный метасоматоз. Эти процессы протекают в средних и основных породах.

Метасоматоз образует вертикальную зональность с резким контактом между зонами. Отдельные метасоматиты («зональная колонка») объединяются в метасоматическую фацию. Совокупность фаций по вертикали создает метасоматическую формацию.

Главные особенности инфильтрационного и диффузного метасоматоза сводятся к следующему:

• при просачивании растворов произвольного, но постоянного состава через породы произвольного, но однородного состава в результате изотермического метасоматоза образуется колонка резко граничных зон качественно различного минерального состава;

• в пределах инфильтрационных метасоматических зон состав породы и растворов остается постоянным, на границах зон происходят скачкообразное изменение состава породы и раствора. В зоне действия диффузии состав раствора, породы и минералов изменяется непрерывно;

• процессы замещения в инфильтрационных колонках выража- ются в изменении качественного минерального состава на границе зон и количественных соотношений минералов в пределах зон;

• по мере просачивания растворов инфильтрационно-метасоматические колонки испытывают равномерное разрастание. Общая скорость разрастания диффузных колонок замедляется, разрастание отдельных зон может происходить равномерно или прогрессивно вплоть до изменения строения колонки;

• возникновение метасоматической зональности вызвано дифференцированной подвижностью компонентов. Увеличение интенсивности метасоматического процесса выражается в изменении режима компонентов при переходе их из инертного в подвижное состояние, что сопровождается уменьшением числа минералов и приводит к возникновению зональности. Дополнительная зональность возникает в случаях, когда при переходе от одной зоны колонки к другой возможна не одна реакция раствора с породой. Строение колонок сложное.

Фенитизация – это метасоматическое изменение гранитов, гнейсов, песчаников и других горных пород «гранитоидного» состава в экзоконтактовых зонах интрузий щелочных пород. Изменение горных пород при фенитизации выражается в замещении кварца, плагиоклаза и слюдистых минералов исходных пород альбитом, калинатровым полевым шпатом, нефелином, щелочными пироксеном и амфиболами.

При внедрении щелочной магмы в силикатные и алюмосиликатные породы (гнейсы, граниты, песчаники и др.) происходит вынос из кристаллизующегося расплава большого количества щелочей (K2O, Na2O), которые активно воздействуют на вмещающие породы, изменяя их особенно при резко различном составе. В результате вокруг массива щелочных пород возникает ореол контактно-метасоматических пород, которые и получили название фенитов. Этот ореол имеет обычно зональное строение.

Фениты в значительной степени являются продуктами натриевого метасоматоза, сопровождающего процессы автометаморфизма и контактового метаморфизма.

При фенитизации нередко во вмещающие породы выносятся Nb, Ta, Tr, Zr, Hf. В фенитах они дают скопления минералов: пирохлор (Nb, Ta, TR, U, Th), циркон (Zr + Hf), бастензит (TR).

Скарнообразование приводит к формированию скарнов – известково-магнезиально-железистых силикатов, которые возникают метасоматическим путем на контакте карбонатных вмещающих пород с перегретыми (чаще кислыми гранитоидами) породами часто богатыми летучими компонентами.

Скарном называли пироксен – гранатово-эпидотовую породу. Они образуются на глубине 3–7 км, чему способствуют возникающие трещины контракции (усадки объема при остывании магматических пород). В зависимости от состава вмещающих карбонатных толщ скарны формируются двух типов: магнезиальные (доломит, мрамор) и известковые (известняки). Породы содержат повышенное содержание кальция и магния.

При развитии трещиноватости в них поступают гидротермальные растворы, которые отделяются при кристаллизации магматических пород. Они изменяют ранние и более поздние скарновые минералы. Cкарновые образования перекристаллизовываются. В скарны из гидротерм поступает шеелит, молибденит, минералы Bе, Sn, Fe, Co, Pb, Zn, Cu, самородное золото.

По характеру рудной специализации выделяют скарны: железорудные (г. Магнитогорск – Урал); меднорудные (Хакасия); вольфрамоносные (Средняя Азия); полиметаллические (Тетюхе – Дальний Восток); кобальтовые (Дашкесан – Азербайджан); золоторудные (Горная Шория – Алтай); бороносные (Горная Шория, Якутия).

Минеральный и химический состав скарнов характеризует металлогенические возможности той силикатной породы, на контакте расплава которой образовался скарн. Карбонаты кальция осаждают ряд алюмосиликатных минералов: пироксен, гранат, эпидот.

В гипергенной зоне также протекает метасоматические процессы, однако они менее масштабны.

 

Гидротермальные процессы.

Магматогенные процессы заканчиваются проявлением гидротермальной деятельности, т. е. происходит образование минералов под воздействием нагретых вод, которые отделяются от магмы по мере снижения ее температуры в ходе кристаллизации. Магматогенные воды с летучими HСl и HF образуют кислые гидротермы, которые соз- дают условия для формирования типичных минералов Si (кварц, хал- цедон), Cu, Pb, Zn, Hg, Au, Fe, Co, Ni, As, Sb, Bi, Sn, W, Mo, U, реже Mn, характерны минералы N, K, Ca, Mg, Ba. Форма переноса рудных элементов: ионная, коллоидная, комплексная.

Основные причины отложения минералов из гидротермальных растворов: температура, давление, щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия. Минералы отлагаются в форме жил.

А. И. Перельман приводит систематику гидротерм:

1.Кислородные гидротермы (I–IV классы) сернокислые и соляно-кислые с pH 0,5–3,5, богатые Fe, Al, местами Cu, Zn, Pb. Воды содержат O2, иногда H2S.

2.Глеевые термы (V–VIII классы) известны в альпийской зоне, по составу углекислые, азотные и др. Классы V и VI представлены хлоридными растворами с pH 2,0–3,5 и выщелоченными из пород элементами Fe, Mn, Sr, Ba, Pb, Zn, Cu и др. К классу VII относятся азотно-углекислые термы, обогащенные As, B, Li, Rb, местами Sb, Hg и др. К VIII классу принадлежат азотные термы сульфатно-гидрокарбонатно-натриевого состава и обогащены SiO2, Ge, Be, F, W и Mo.

3.Сероводородные и сульфидные гидротермы (IX–XII классы) содержат H 2S, HS–, S2–, возможны CO2 и CH4. Воды хлоридно-гидро-карбонатно-натриевые с азотом.

Отложения минералов связаны с двумя типами жил: заполнение открытых трещин, метасоматическое образование.

По первому типу жилы образуются путем заполнения открытых трещин минералами, которые отлагаются из растворов (секреционные отложения на стенках). Возможно возникновение полосчатых жил, когда образование одних минералов сменяется во времени отложениями других. Если нарастание идет вокруг обломков породы в трещине, образуются крустификационные жилы. При метасоматическом образовании гидротермальных жил растворы, просачиваясь вдоль тонких капиллярных трещин, взаимодействуют с минералами вмещающих пород, растворяют, разъедают (резорбируют) их, и на месте отлагают- ся другие минералы.

Жилы бывают на высоко- (гипотермальные, 300–400 °С), средне- (мезотермальные, 150–300 °С) и низкотемпературными (эпитермаль- ные, менее 150 °С). По источникам растворов и области минералообразования все гидротермальное минералообразование делят на плутоногенное, вулканогенное, телетермальное.

При плутоногенном типе минералообразования гидротермы связаны с глубокими магматическими очагами, часто вблизи от материнской интрузии (плутона). Они формируют высокотемпературную минерализацию. К этому типу относятся высокотемпературные кварцевые жилы. Пространственно и генетически они тесно связаны с грейзенами и имеют аналогичную минерализацию: касситерит, вольфрамит, молибденит, берилл, висмутин, жильный кварц, флюорит, иногда топаз, в зальбандах жил – часто мусковит, калишпат.

При среднетемпературной плутоногенной минерализации образуются карбонатные и кварц-карбонатные жилы с минералами Ag, Co, Ni, Bi, U; полиметаллические месторождения (Zn, Cu, часто Ag). Полиметаллическая минерализация в гидротермальной стадии местами накладывается на скарны. Золото-кварцевые месторождения Якутии формировались при средне- и высокотемпературной минерализации.

Вулканогенная гидротермальная ассоциация минералов формируется за счет низкотемпературных гидротерм, связанных с магматическими очагами вблизи поверхности, иногда с выходами на поверхность (вулканы). Участвуют ювенильные и метеорные воды. Нередко образуется халцедон, имеется вольфрамит, касситерит.

Телетермальные низкотемпературные гидротермы представляют собой растворы, далеко ушедшие от источника их образования. Приурочены к зонам глубинного разлома, где локализуются мелкие магматические тела. Формируются месторождения ртути, сурьмы, мышьяка с включением серебра.

Гидротермальное минералообразование сопровождается интенсивным изменением вмещающих пород (околожильное, околорудное изменение) и характеризуется следующими основными типами гидротермальных метасоматитов:

• для кислых пород при средней и низкой температуре – окремнением, серицитизацией, березитизацией;

• для средних и щелочных пород при низкой температуре – пропилитизацией, лиственитизацией, магнезиализацией, карбонатизацией, фосфатным метасоматозом, хлоритизацией;

• для ультраосновных пород – серпентинизацией, оталькованием, нефелинизацией, алунитизацией.

Вторичные кварциты (окремнение) образуются при взаимодействии кислых растворов, богатых летучими компонентами (SO2, HF, HCl), с алюмосиликатными породами у поверхности с выносом щелочей и концентрацией кремнезема, глинозема и оксида титана. В порядке понижения температуры образуются корунд, андалузит, диаспор, алунит, каолинит, серицит, пирофиллит.

Серицитизация протекает при низкой температуре с образованием мелкочешуйчатого мусковита – серицита во вмещающих полевошпатовых породах вокруг гидротермаль ных жил.

Березитизация протекает при средних температурах с преобразованием кислых пород (граниты, гранодиориты, гранит-порфиры, кварцевые порфиры) под влиянием перегретых сульфидных растворов с HS–, H2S. Происходит разложение цветных минералов и части полевых шпатов с образованием светлых слюд, кварца и пирита. Выносятся Mg, Ca, Na, в мусковите фиксируется калий. Формируются золоторудные месторождения, W, Mo, Cu, ассоциации серицита, кварца, пирита, анкерита.

Пропилитизация – метасоматическое гидротермальное изменение основных и средних вулканических пород (андезиты, дациты, базальты) в зоне малых и средних глубин. В областях активного вулканизма гидротермальные растворы могут быть от кислых до щелочных.. Происходит замещение пироксена, роговой обманки, плагиоклаза, биотита и ортоклаза на хлорит, серицит, эпидот, альбит, кальцит, пирит, одуляр, цеолиты. Образуются разнообразные месторождения, связанные с гидротермальным рудоотложением.

Лиственитизация – процесс изменения основных и ультраосновных пород под влиянием перегретых углекислых растворов. Происходит разложение оливина, пироксенов, роговых обманок с образовани- ем талька, кварца и магнезиально-железистых карбонатов – доломита, анкерита, брейнерита и др. Полевые шпаты превращаются в мусковит или серицит, реже в хромовую слюду – фуксит. Типичным для этого процесса является образование талька и карбонатов магния и железа.

При магнезиальном метасоматозе в основных породах пироксен и амфибол замещается оливином. В эндоконтактной зоне гранитов происходит отложение биотитов, роговой обманки и других магнезиальных минералов, при понижении температуры – хлоритизация алюмосиликатных минералов.

Карбонатизация – взаимодействие пород с известняками и их преобразование. Доломитизация известняков происходит в результате воздействия растворов, содержащих в повышенных концентрациях ионы Mg2+ и SO4.

Под воздействием растворов с Fe2+ или Mn2+ процесс протекает полнее с образованием сидерита FeCO3 или родохрозита MnCO3. В результате этого могут образовываться крупные промышленные месторождения железных и марганцевых руд. Взаимодействие с известняками гидротермальных сульфидных растворов приводит к образованию в известняках богатых метасоматических сульфидных месторождений, например, свинцово-цинковых руд. Они отлагаются в известняке за счет выноса части CaCO3.

Фосфатный метасоматоз – образование апатита в богатых известью породах при участии фтора и хлора

Хлоритизация – процесс гидротермального изменения пород при низкой температуре с образованием хлорита за счет биотита.

Серпентинизация, оталькование – гидротермальное изменение ультраосновных пород с образованием соответственно серпентина и талька.

Нефелинизация – процесс привноса натрия, вызывающий извлечение глиноземов из пироксенов и амфиболов с возможным образованием нефелина.

Алунитизация – протекание в условиях окисления и присутствия в воде SO3 с образованием серной кислоты. При этом сера осуществляет алунитизацию алюмосиликатных пород с образованием алунита и с выносом сульфатов щелочей и SiO2.

Месторождения гидротермального генезиса дают до 70 % мировой добычи Mo, W, до 100 % олова и 50 % меди.