Метасоматиты, связанные с кислыми растворами

Метасоматиты, связанные с кислыми растворами

Такие метасоматиты образуются в широком интервале температур – от высокотемпературных (грейзены) и среднетемпературных (березиты-листвениты, вторичные кварциты) до низкотемпературных (гидротермальные аргиллизиты, джаспероиды).

К кислым метасоматитам приурочено оруденение самой большой группы металлов: Be, Sn, W, Mo, Cu, Pb, Zn, Bi, As, Sb, Hg, u, Au, Ag, высокоглиноземного сырья, также ряда неметаллических полезных ископаемых – корунда, глинистых минералов и др.

Формация грейзенов

Грейзены являются одними из первых изучаемых метасоматитов, так как, во всей вероятности, слагали те руды, из которых на заре человечества была начата выплавка первого металла – бронзы.

В Европе это было, очевидно, в Рудных горах на территории Немецко-Чешской пограничной области. Отсюда следует первая трактовка происхождения термина «грейзен» от древненемецкого слова «серые», по цвету оловосодержащих серых грейзенизированных гранитов, которые были сырьем для древнейшего выплавления в Рудных горах бронзы. По второй версии «грейзен» происходит от слова «расщепляющийся», так как эта порода обогащена слюдой.

Также как и со скарнами, с метасоматитами грейзеновой формации тесно связана особая важная группа месторождений вышеуказанных ценных металлов, которая так и называется «грейзеновые месторождения». Некоторыми геологами (В.И. Смирнов и др.) эта группа месторождений выделяется в отдельный одноименный генетический класс высокотемпературных гидротермальных месторождений.

В настоящее время к грейзеновой формации относят не только, как первоначально понималось, высокотемпературные метасоматиты, образованные по кислым алюмосиликатным породам, но и высокотемпературные мусковит-содержащие метасоматиты, образованные по породам другого состава. Это образованные по карбонатным породам, так называемые «апокарбонатные грейзены», обогащенные слюдой, с которыми связаны важные месторождения бериллия, и слюдистые грейзены, так называемые «слюдиты», образованные по основным породам, с которыми связаны месторождения бериллий-содержащих драгоценных камней – изумруда и хризоберилла (александрита).

Грейзены (в первоначальном понимании) образуются в приконтактовой зоне кислых и ультракислых интрузий преимущественно в их апикальных выступах, а также во вмещающих породах области экзоконтакта таких интрузий.

Это является одним из отличий грейзенов от редкометальных альбититов, которые локализуются в основном только в эндоконтактовых частях апикальных выступов гранитных массивов. Интенсивно грейзенизированные породы четко контролируются тектоническими зонами и залегают в боковых частях присутствующих в этих зонах высокотемпературных, в том числе рудоносных кварцевых жил, которые образованы несколько позже формирования сопровождающих их грейзеновых ореолов.

Благоприятными геолого-структурными обстановками проявления грейзенизации, по данным Д.В. Рундквиста и др. (1971), являются:

1. 
   Зоны антиклинальных поднятий складчатых областей.
   
2. 
   Зоны обрамления срединных массивов складчатых областей.
   
3. 
   Зоны активизационных областей завершенной складчатости.
   

Прямая генетическая связь грейзенов с конкретными малыми гранитными интрузиями, в контактах которых они залегают в большинстве случаев, не является доказанной. Как указывает Б.И. Омельяненко (1978), вероятнее всего, что грейзенизирующие растворы имеют более глубинный источник, и связь их с конкретными гранитными телами является парагенетической.

Чаще по химическому и минеральному составу граниты относятся к субщелочным разностям с преобладанием калия над натрием. Вокруг гранитных массивов вмещающие породы подвержены ороговикованию на расстояниях до сотен метров. Преимущественно небольшие жильно-грейзеновые тела, количество которых может достигать нескольких сотен, распространены по всему гранитному куполу, но в основном залегают в его периферической части. Такие грейзеновые тела приурочены к верхней приконтактовой части массивов и распространяются в них на глубины обычно до 40-60 м, а по простиранию на десятки и первые сотни метров при мощности до 3 м. но основные запасы W, Mo, Sn и др. бывают сосредоточены в небольшом числе крупных жилообразных тел. Эти тела контролируются трещинными зонами, которые обычно имеют крутое падение. Мощность рудных жильных тел обычно бывает невыдержанной с характерным веерообразным расщеплением единых грейзеновых тел на серии субпараллельных тел. Общая протяженность таких тел по простиранию может достигать 1-3 км, а по падению – до 500 м при мощностях от 1-3 м до 20 м и более. Главные ценные минералы – вольфрамит и молибденит, а также касситерит образуют тонкую вкрапленность, гнезда и прожилки в ассоциации с кварцем, флюоритом, бериллом, мусковитом, топазом, пиритом и диккитом.

Основная крупнозернистая промышленная минерализация сосредоточена в плотных кварцевых грейзенах и в кварцевых жилах, причем в жилах локализовано более богатое оруденение, но в метасоматических грейзеновых телах сосредоточены основные промышленные запасы руды. Характерно, что кварцевые жилы обычно располагаются в осевых частях более мощных грейзеновых тел, но по возрасту являются несколько более поздними, сопровождающими предшествующую грейзенизацию.

Внешний вид грейзенов определяется в основном светлым цветом и преимущественно среднезернистой структурой слагающих их кварца, мусковита, калишпата, а также альбита. Светло-серые, фиолетово-серые и голубовато-серые цвета грейзенов связаны с включениями топаза, флюорита, лепидолита, турмалина.

По минеральному составу внутренних зон метасоматических колонок в грейзенах выделяется несколько фаций в зависимости от составов грейзенизирующих растворов и замещаемых пород. Как говорилось, в настоящее время по составам замещаемых пород выделяются классические грейзены, образованные по алюмосиликатным породам (гранитам, кристаллическим сланцам, гнейсам, песчаникам), и грейзены, образованные по породам бедных кремнеземом и глиноземом (карбонатным и магматическим породам основного состава).

Типичная колонка метасоматической зональности образования классических грейзенов по гранитным породам представлена ниже.

По гранитам:

0. 
   Кварц + КПШ + олигоклаз + биотит + магнетит
   
1. 
   Кварц + КПШ + альбит +мусковит + биотит + магнетит
   
2. 
   Кварц + КПШ + альбит + мусковит
   
3. 
   Кварц + КПШ + мусковит
   
4. 
   Кварц + мусковит
   
5. 
   Кварц + топаз
   
6. 
   Кварц
   

Расчет привноса и выноса компонентов при грейзенизации гранитов показывает устойчивый вынос из всех зон Na и К и привнос SiO₂, Fe, F, H₂O, CO₂ и ценных металлов. Глинозем в больших количествах выносится из нижних зон и переотлагается в верхних зонах на уровне развития кварц-мусковитовых грейзенов. Для грейзенизации характерно участие летучих кислотных компонентов: F, Cl, B, S, CO₂.

При развитии грейзенизации в алюмосиликатных породах Б.И. Омельяненко выделяет два крайних случая. В первом случае наблюдается значительное увеличение в основном только кварца: если в гранитах кварца 30-35 %, то в кварц-мусковитовых грейзенах – 40-50 %, в мусковит-кварцевых – до 80 %, то в кварцевых – до 95 %. При этом происходит значительный вынос щелочей и глинозема, а в случаях слабого проявления наложенных процессов турмалинизации и флюоритизации – также Ca, Mg и Fe, и привнос кварца. Во втором случае при грейзенизации кислых пород происходит значительное накопление глинозема в образуемых при этом мусковитовых и топазовых грейзенах. Содержание глинозема в этих зонах по сравнению с гранитами увеличивается на 10-25 %, а кремнезема снижается на 15-40 %. При этом случае накопление глинозема можно связать с его выносом из более глубоких уровней развития метасоматических зон и переотложением в эти зоны. Это подтверждается случаями выклинивания мусковитовых и топазовых грейзенов на глубину с переходом в слабо грейзенизированные граниты.

Как известно, растворимость алюминия и кремния определяется температурой, кислотностью и давлением, причем влияние каждого из этих параметров на растворимость компонентов не одинаково. В одних случаях изменение физико-химических параметров в большей мере способствует понижению растворимости кремнезема, в других – глинозема. Следует отметить, что указанные тенденции характерны не только для грейзенизации, но и для всех других процессов кислотного метасоматоза. В целом, накоплению в грейзенах глинозема, по-видимому, способствует относительное снижение кислотности растворов, более значительный градиент температуры и давления. Формирование кварц-мусковитовых и мусковитовых грейзенов сопровождается накопление К, Н₂О и F, а также рудных компонентов.

Для грейзенов, образующихся по алюмосиликатным кислым породам, характерны промышленные минералы: вольфрамит, касситерит, молибденит, берилл, лепидолит и висмутин.

Данные распределения изотопов кислорода и изучения газово-жидких включений позволяет заключить, что образование грейзенов и начало формирования оруденения в целом занимает высокотемпературный интервал от 550 ˚С до 350 ˚С. Образование кварцевых жил в среднем происходило при температуре на 60 ˚С ниже, чем вмещающих их грейзенов. В.Л. Русинов и др. отмечают, что смена главной продуктивной стадии рудообразования более поздней сульфидно-кварцевой (Cu, Zn, Pb) сопровождается сменой высококонцентрированных фторидно-хлоридных растворов более разбавленными хлоридно-гидрокарбонатными, обогащенными углекислотой. Флюидное давление при этом падает с 1200-700 бар до 550-350 бар, а температура понижается от 500-350 ˚С до 310-150 ˚С. При этом могла происходить некоторая перекристаллизация ранних руд.

Разновидностью грейзенов, которую Н.Ю. Бардина и др. [2] выделяют в самостоятельный тип метасоматитов, являются «цвиттеры». К цвиттерам относятся метасоматиты, содержащие железо-магниевые литиевые слюды и топаз. Очевидно, имеется в виду литиевая слюда циннвальдит (KLiFeAl(F,OH)₂[AlSi₃O₁₀]), являющаяся крайним членом слюд биотитового ряда, содержащая Li₂O – 2,9-4,5 %, для сравнения в лепидолите, являющемся литиевой разновидностью мусковита, содержание Li₂O = 3,2-5,7 %.

Термин «цвиттеры» применялся чешскими рудокопами, отрабатываемыми богатые олово-вольфрамовые жилы Рудных гор, залегающие в крупнозернистых грейзенизированных гранитах, обогащенных литием и фтором. Подобная разновидность грейзенов, разрабатываемых в соседней части Рудных гор, имеет старо-немецкое название «штокшейдеры».

Цвиттеры образуют разной формы тела, залегающие в основном в апикальных частях куполовидных выступов тех же крупнозернистых обогащенных литием и фтором грейзенизированных гранитов. Цвиттеры сложены крупнозернистым агрегатом кварца, циннвальдита, касситерита, вольфрамита, топаза, а также флюорита и тантало-ниобата-колумбита. Штокшейдеры тоже залегают в приконтактовых частях крупнозернистых обогащенных литием и фтором гранитов, но образуют в них преимущественно пологие тела, сложенные весьма крупнозернистым агрегатом кварца, зеленого мусковита (жильбертита), циннвальдита, топаза, достигающего размеров до 10 см и более, вольфрамита, касситерита, флюорита.

Таким образом, процессы грейзенизации осуществляются в определенном интервале глубин, который по совокупности различных данных составляет 1,5-3 км.

Как уже говорилось, в настоящее время к грейзеновой формации также относят высокотемпературные кислотные метасоматиты, образованные по карбонатным, а так же метаморфизованным породам основного состава. При грейзенизации известняков образуются следующие метасоматические зоны: известняк, кальцит-флюоритовая, флюорит-мусковитовая, флюоритовая. Часто в этих зонах также присутствуют альбит, а при наличии железа – флогопит. Такие грейзены контролируются тектоническими зонами и образуют крупные сложные тела с преимущественным развитием флюорит-слюдистой зоны, с которой в основном связано важное промышленное бериллиевое оруденение. Оруденение представлено мелковкрапленными силикатами бериллия – фенакитом, бертрандитом, гельвином, тогда как в классических апогранитовых грейзенах характерным является алюмосиликат бериллия – берилл.

К грейзеновому типу также относятся слюдистые метасоматиты (слюдиты), образованные по метаморфизованным породам основного состава. С этими метасоматитами связаны наиболее распространенные в мире месторождения в разной степени окрашенных примесью хрома в зеленый цвет бериллов и изумрудов так называемого Уральского типа. Такие метасоматиты слагаются в основном средне-крупночешуйчатым агрегатом флогопита, а также полевых шпатов, кварца, флюорита, в котором присутствуют иногда очень крупные (до 10-15 см) кристаллы разноокрашенного берилла. Берилл от светлоокрашенного до густо-зеленого – изумруда. Обычно интенсивность окраски сильно меняется внутри отдельных кристаллов.

Такие изумрудоносные слюдитовые метасоматиты кроме Урала известны в Индии, ЮАР, Австрии и др.

Условия залегания грейзенов в области контактов гранитных интрузий во многом сходны с локализацией альбититов и скарнов. Но при этом также присутствуют различия в закономерностях распространения перечисленных метасоматитов.

Если альбитизация может захватывать значительные пространства эндоконтактов гранитов и в экзоконтактовой области практически не проявляется, а скарнирование распространяется вдоль контактов на значительные расстояния в основном в области экзоконтакта, то грейзены преимущественно присутствуют в эндоконтактовой части интрузии и обычно четко контролируются секущими тектоническими зонами, по которым могут углубляться во вмещающие породы на многие сотни метров и сопровождаются локализованными внутри грейзеновых зон кварцевыми жилами. При этом отмечаются случаи совместного последовательного проявления метасоматических образований этих типов, что свидетельствует о том, что они могут быть связанными с эволюцией единого потока послемагматических растворов общего магматического очага.

Как указывает Б.И. Омельяненко, при этой эволюции повышение кислотности растворов может быть связано с понижением их температуры в пространстве и во времени. При этом обычно проявляется резкое преобладание метасоматитов какой-либо одной из этих формаций, а совместное присутствие чаще отмечается для альбититов и грейзенов.

Очевидно, особенности послемагматических растворов в разных случаях существенно отличались. Это, в частности, подтверждается тем, что для гранитов повышенной щелочности явления грейзенизации не характерны и процессы высокотемпературного метасоматоза в них практически заканчиваются стадией ранней альбитизации. В гранитах ультракислого ряда, напротив, основное значение приобретают кислотные процессы. В ряде случаев, однако, относительные масштабы развития грейзенов и альбититов невозможно увязать с составом гранитов. Убедительного объяснения этому не найдено.

На основании вышесказанного можно заключить, что соотношение масштабов проявления процессов альбитизации и грейзенизации определяется составом гранитов, их местом в становлении интрузивного комплекса, степенью трещиноватости и относительной экранирующей ролью вмещающих пород. Наложение грейзенизации на альбитизированные породы доказывается однозначно. Скарны, которые образуются при широком диапазоне кислотности-щелочности гранитоидов, с которыми они связаны, могут сопровождаться всегда более поздней накладывающейся на них грейзенизацией. При этом образующиеся по скарнам грейзены имеют магнетит-флюорит-слюдяной состав.