Новое понимание принципа дифференциальной подвижности компонентов – механико энергетический принцип

2.1.2. Новое понимание принципа дифференциальной подвижности компонентов – механико энергетический принцип

2.1.2.1. Критический анализ существующих теорий формирования метасоматической зональности

«Подвижность в существенной степени зависит от свойств самих компонентов при данных условиях, а именно от их раство­римости в природных растворах» (с. 354).

Из этих высказываний видно, что Д. С. Коржинский главную причину формирования метасоматической зональности видит в различной химической растворимости компонентов в поровом рас­творе. Однако существует некоторая неясность в равноценности применимости этого фактора, с одной стороны, к компонентам вмещающих пород, а с другой – к ювенильным компонентам, при­вносимым в зону метасоматоза с глубины. Для самих компонентов вмещающих пород это правило растворимости сформулировано понятно, но остается неясным, по какому принципу осаждаются ювенильные компоненты. Можно только догадываться, что прив­несенные компоненты осаждаются в пределах метасоматической колонки в результате того, что они, как бы профильтровываясь че­рез оставшиеся инертными компоненты вмещающих пород, осаж­даются в тех участках этого своеобразного фильтра, где создаются благоприятные условия для химического взаимодействия и роста новых минералов, которые содержат, с одной стороны, эти инерт­ные компоненты, а с другой – ювенильные привнесенные компо­ненты. Но в таком случае осаждение ювенильных компонентов не связано непосредственно с их растворимостью. Они осаждаются не вследствие растворимости, а совсем по другому закону, кото­рый в работах Д. С. Коржинского совсем не раскрыт. Мало прояс­няет этот вопрос довольно трудное для восприятия определение: «более подвижным окажется тот компонент, для которого разность между концентрацией его в поровом растворе исходной породы и концентрацией в воздействующем растворе больше, а необходи­мое (для изменения концентрации) изменение содержания в по­роде меньше». Сущность его заключается в том, что чем больше недосыщен ювенильный раствор тем или иным компонентом вме­щающей породы и чем меньше его содержание в породе, тем бо­лее подвижным он является. Речь идет опять о подвижности-инертности компонентов только вмещающих пород.

К числу недостатков принципа дифференциальной подвижно­сти компонентов относится также то, что Д. С. Коржинский рас­сматривал растворимость отдельных компонентов, хотя в действи­тельности в реальных породах растворяются непосредственно не компоненты, а минералы, содержащие несколько компонентов од­новременно. Растворимость компонентов и минералов – это не одно и то же. Если, например, кальций в кальците может легко растворяться даже в поверхностных водах, так как сам кальцит относительно легкорастворимый минерал, то кальций в плагиок­лазе, пироксене или гранате уже очень трудно высвобождается в растворимом виде, потому что эти минералы труднорастворимы. Эти вопросы растворимости минералов и ее воздействие на под­вижность-инертность компонентов Д. С. Коржинским и его учени­ками совершенно не изучены. Однако имеются эксперименталь­ные и теоретические исследования (Уолтер и др., 1989; Калинин, 1973), показывающие, что при высокой температуре от 300 до 700 С, обычной для многих широко развитых метасоматических процессов, большинство силикатных минералов имеет близкие константы скорости растворения. В таком случае скорость раство­рения компонентов и связанная с этим их подвижность обуслов­лена не их собственной растворимостью в поровых флюидах, а количеством тех или иных минералов и содержанием в них соот­ветствующих компонентов.

Существенным недостатком этой теории является, по-моему, то, что он не вполне обоснованно объясняет причину последова­тельности выделения минералов при метасоматозе. Согласно Д. С. Коржинскому, «устойчива та фаза, которая при данных внеш­них условиях, т. е. при данных Р-Т и химических потенциалах, спо­собна развивать наибольшее кристаллизационное давление на стенки данного объема», «повышение химических потенциалов компонентов в растворе вызывает повышение его кристаллизаци­онного давления»; «кристаллизационное давление зависит от сте­пени пересыщения раствора» и оно «тем больше, чем больше мольная плотность раствора» (Коржинский, 1982, с. 9, 10, 12). Из этих высказываний видно, что определяющим фактором при обра­зовании минералов метасоматических колонок он считал химиче­ские потенциалы компонентов, зависящие, в конце концов, от сте­пени пересыщения и концентрации раствора, т. е. каждая из зон образуется тогда, когда раствор достигает химического пересыще­ния теми компонентами, из которых состоят слагающие ее мине­ралы.

Однако понятие о мозаичном равновесии означает, что ско­рость химических реакций значительно превосходит скорость под­вода ве­щества через поры к той или иной зоне (Жариков, 1971). В этом случае физическая возможность привноса-выноса, вещества является фактором, лимитирующим реальное проявление химиче­ских реакций и степени пресыщения в таком гетерогенном химиче­ском процессе, как метасоматоз. Здесь собственно химические реакции образования новых минералов способны осуществиться гораздо быстрее, чем привнесение и удаление вещества.

Любой растущий в микропорах минерал сразу же должен вы­теснять из вмещающих по­род те компоненты, которые не входят в его состав. Если состав этого растущего минерала настолько резко отличается от состава пород, что должен, например, вытеснить более 90 % компонен­тов породы, то в порах должен существовать такой очень мощный поток вещества, чтобы, с одной стороны, привносить компоненты для роста самого минерала и, с другой стороны, выно­сить подавляющую часть компонентов вмещающих пород. Однако поры породы, обладая субмикроскопическими раз­мерами, не в состоянии пропустить такое количество вещества и сразу же закупорятся, так что никакого движения вещества не бу­дет совсем.

Но возможен другой случай, когда среди нескольких пересы­щающих раствор минералов будет такой, который, не обладая вы­сокой степенью пересыщенности, имеет состав, близкий к сос­таву вмещающей породы. Следовательно, для его образования не тре­буется ни большого привноса, ни большого выноса вещест­ва. Причем то необходимое количество привноса-выноса компонентов может оказаться как раз тем, которое свободно может быть обес­печено интенсивностью или движения самого флюида, или диф­фузионных явлений в микропорах пород. В таком случае именно этот минерал будет расти наиболее быстро и в больших количест­вах по сравнению с другими. Рост минералов, таким образом, ли­митируется не концентрацией компонентов в растворе, а опти­мальной механической энергией перемеще­ния компонентов в по­рах пород.

Следующим недостатком принципа дифференциальной под­виж­ности компонентов Д. С. Коржинского является то, что он не учитывае­т влияние пористости и проницаемости пород при мета­соматозе. При выводе уравнений инфильтрационной и диффузи­онной зональ­ности он принял условие, что пористость с расстоя­нием не изменяется. Однако из выполненного Г. П. Зарайским (1989) большого объема работ по экспериментальному моделиро­ванию диффузионной и инфильтрационной зональности следует, что в метасоматических зонах пористость пород при метасоматозе меняется от зоны к зоне, обычно увеличиваясь по направлению к тыловым зонам колонки. Эту тенденцию изменения пористости можно легко проверить простым опытом. Если положить кусок са­хара на тарелку с тонким слоем воды, то видно, что растворение сахара наиболее активно начинается снизу от слоя воды с соот­ветствующим увеличением и продвижением вверх пористости. Из практики геологических исследований хорошо известно, что любая тектоническая зона или трещина обычно окружена оперяющими ее мелкими трещинками, дроблением, катаклазом, где пористость пород в целом изменяется, увеличиваясь по направлению к центру зоны. Известно, что пористость различна и в самих новообразо­ванных метасоматических породах при их образовании (Казицын и др., 1968).

Поэтому создание теории метасоматической зональности без учета влияния пористости и проницаемости пород неправо­мерно. Д. С. Коржинский (1950) сам отмечал, что «при метасома­тозе причины сохранения пор в горных породах недостаточно ясны» (с. 49), но эту неясность так и не раскрыл.

Резко критическое отношение к предложенному Д. С. Коржин­ским методу применения правила фаз Гиббса в метасоматических процессах выразили зарубежные исследователи Д. Вейл и В. Файф (Weill, Fyfe, 1967), показавшие на примерах, в каких слу­чаях это может быть источником неправильных петрологических интерпретаций. Хотя применение Д. С. Коржинским правила фаз некоторыми геологами за рубежом (Thompson, 1970) было и одобрено, однако никто из специалистов по физико-химии его не поддержал. Сам Д. С. Коржинский признавал, что критика исполь­зования им правила фаз отражает мнение ряда компетентных специалистов по физико-химии (Korzhinskii, 1966).

Аналогичные недостатки свойственны попыткам количествен­но­го математического анализа метасоматических процессов на основе теории Д. С. Коржинского (Демин и др., 1979; Балашов, 1980; Зарайский и др., 1986), так как расчетные данные базиру­ются на далеко не безупречных основ­ных положениях этой теории.

Попытку критического анализа и разработку альтернативной теории предприняли В. С. Голубев и В. Н. Шарапов (1969, 1974, 1981), предложив «динамическую теорию метасоматоза». Принци­пи­альное отличие их представлений от теоретических разработок Д. С. Коржинского отражено в следующем высказывании: «Для ко­личественной характеристики динамики процессов взаимодейст­вия растворов с породами необходимо знать кинетический тип протекающих в системе химических реакций и порядок их скоро­стей» (Голубев, Шарапов, 1974, с. 12). Следовательно, они счи­тают, что главным фактором метасоматоза является скорость гете­рогенных химических реакций, которая и определяет метасома­тическую зональность.

Эти идеи были подвергнуты резкой и, по моему мнению, вполне справедливой критике В. А. Жариковым (1971), который отметил, что, поскольку теория Д. С. Коржинского разработана ис­ходя из представления о локальном равновесии, т. е. когда скоро­сти реакций замещения значительно превосходят скорость под­вода вещества для этих реакций, кинетика реакций не является главным определяющим фактором. Д. В. Калинин и др. (1971), на экспериментальных работах которых базировались некоторые вы­воды В. С. Голубева и В. Н. Шарапова (1974), также высказали критические замечание о несоответствии приведенных ими урав­нений кинетики сущности гидротермального взаимодействия ми­нералов с растворами, которое, по их мнению, определяется ско­ростями растворения твердых фаз. Они считают, что для реализа­ции прост­ранственного разобщения последовательных реакций и развития кинети­ческой зональности необходимо превышение ско­рости фильтрации раствора над скоростью реакций. По существу, модель В. С. Голубева и др. может быть применима только к тем процессам, где отсутствует локальное равновесие и скорости хи­мических реакций являются лимитирующим (определяющим) фак­тором метасоматоза. Такие условия создаются обычно при низко­температурных условиях, когда скорости реакций зна­чительно за­медляются (Жариков, 1971).

Математический аппарат, используемый В. С. Голубевым (1981) в значительной степени заимствован из теории хромато­графии, что можно видеть из того, что в своей первой монографии В. С. Голубев и А. А. Гарибянц (1968) значительное внимание уде­лили процессам сорбции и ионного обмена в пористых средах. Хроматографические аспекты теории были затем развиты Хофма­ном (Hofmann, 1972), Уолшем и др. (Walsh et al., 1984).

Следует также отметить, что теория хромато­графии в основном описывает процессы фильтрации растворов в равномерно слоистой среде с одинаковыми скоростями по всему потоку без существенного переотложения компонентов, что значительно отличает ее от метасоматических процес­сов, происходящих в условиях пространственно меняющего свою скорость флюидного и диффузионного потока и значительного привноса-выноса, иногда до полной замены вещества. Причем ввиду сложности природных процессов и невозможности их пол­ного математического описания, расчеты применены только к са­мым простым моделям, которые в природе можно наблюдать только в редчайших случаях.

За рубежом после первых теоретических обзоров метасома­тических явлений Гольдшмидта (1933), Грубенмана и Ниггли (1936), Эскола (1939), Тэрнера (1951) наиболее существенные теоретичес­кие исследования были сделаны Р. К. Хелгесоном (Helgeson, 1968, 1982). Для характеристики метасоматических яв­лений им применены термодинамические принципы химии водных растворов, поз­воляющие выявлять последовательность реакций между водными растворами электролитов и горными породами. Для рассмотрения необратимых реакций между минералами и водным флюидом им была введена известная в химии так назы­ваемая химическая перемен­ная Де Донде, с помощью которой мо­жет определяться степень протекания реакций, т. е. изменение числа молей того или иного компонента в породе в результате ре­акции. Вместе с учениками он разработал строгую теоретическую основу для количественного моделирования различных геохими­ческих процессов. Это направление исследований было затем развито Дж. Ферри (1989) для характеристики метаморфических и гидротермальных процессов.

Г. К. Хелгесон с соавторами (Helgeson et al., 1969, 1970) в своих исследованиях сосредоточили свое внимание только на хи­мических аспектах метасоматических процессов и не рассмат­ри­вали закономерности и условия транспортировки веществ в прос­транстве и времени, характер проницаемости и пористости среды, хотя, как известно, эти факторы относятся к числу важнейших, без их знания количественная оценка метасоматических явле­ний не­возможна. Они рассматривали изменение пород как следствие хи­мической активности в растворе различных компонентов и их из­менение при движении вдоль трещин и взаимодействия с вме­щающими породами. Например, зональное строение и размеще­ние руд они объясняют как следствие различия в константе актив­ности сульфидов по мере падения температуры и даже предла­гают ис­пользовать соотношение металлов в рудных месторожде­ниях в ка­честве геотермометров.

Дальнейшее развитие теории метасоматоза было продол­жено П. Лихтнером с соавторами (Lichtner, 1985; Lichtner et al., 1986₁, 1986₂, 1987), который предложил модель континуума, где наряду с описанием химических реакций включены уравнения транспортировки вещества. В этой модели прерывистые физиче­ские факторы, описывающие систему, заменены локально непре­рывными функциями пространства и времени. Были использованы уравнения Дарси для потока в пористой среде.

Основным недостатком их представлений является то, что расчеты в уравнениях базируются на неизменной в пространстве пористости и проницаемости пород. Ими рассматривается и мо­дель с так называемой двойной пористостью (Lichtner et al., 1987), когда перемещение вещества осуществляется как вдоль трещин, так и внутри окружающих их пористых блоков пород. При этом по­ристость последних принята равномерной во всех участках блоков, хотя из экспериментальных исследований (Зарайский, 1989; Hekim et аl., 1982) известно, что пористость в метасоматической колонне увеличивается по направлению к центральным зонам прони­цае­мости, как это отмечалось выше. Этот вариант модели, по-види­мому, наиболее распространенный в природных ус­ловиях, ими не рассмотрен.

Кроме того, по моему мнению, П. Лихтнер (Lichtner, 1985) не совсем верно оценивает взаимоотношения процессов отложения вещес­тва и изменения пористости пород. В частности, он отме­чает, что преобладание отложения вещества при метасоматиче­ских процес­сах приводит к уменьшению пористости, а преоблада­ние растворения способствует ее увеличению. Это не всегда так, поскольку могут быть и несколько иные соотношения: более высо­кая пористость пород будет способствовать более интенсивному взаимообмену пород и соответственно здесь будет или более ин­тенсивное отло­жение, или более активное растворение компонен­тов. При низкой пористости те и другие процессы будут затормо­жены вследствие низкой пропускной способности среды.

Из математических уравнений, выведенных П. Лихтнером (Lichtner et al. , 1987), следует, что положение границ ре­акционных зон не зависит от пористости на основании формулы Дарси для постоянно фиксированного потока, когда средняя скорость потока обратно пропорциональна пористости пород. Однако если прини­мать во внимание, что движение потока осуществляется вдоль трещинных зон, где пористость, трещиноватость и соответственно проницаемость увеличиваются к центральным зонам и, следова­тельно, скорость потока прямо зависит от проницаемости пород, то включение таких исходных данных в соответствующие уравнения может изменить и выводы о значении пористости при метасома­тозе.

Очень большое значение проницаемости при инфильтраци­онных процессах в ходе метасоматоза придает Д. Нортон (Norton, 1987, 1988; Norton et al., 1977, 1979). Он отмечает, что проницае­мость является одним из основных свойств гидротермальных сис­тем, определяющих направленность метасоматических процессов и их интен­сивность. По его мнению, проницаемость, которая суще­ство­вала в период метасоматических процессов, была гораздо выше, чем та, которая могут быть измерена непосредственно в образцах. Он разрабо­тал систему дифференциальных уравнений, которые позволяют на осно­вании анализа масштабности метасо­матических изменений и подвижности флюидного потока опреде­лить скорости потока и значения проницаемос­ти пород в период метасоматоза.

К числу недостатков этих исследований относится то, что в урав­нениях для оценки баланса привноса-выноса вещества Д. Нортон и использовал различия в изотопном составе кислорода в метасоматически измененных породах по сравнению с неизме­ненными (Norton, Tylor, 1979). Авторы отмечают, что в ряде слу­чаев существенные изотопные изменения кислорода бывают не связаны с адекватными минералогическими измене­ниями пород, т. е. может происходить просто перекристаллизация первичных минералов или может присутствовать небольшое количество но­вообразованных минералов. Необходимо дальнейшее совершен­ствование подбора более достоверных геологических параметров для решения уравнений. Также Д. Нортон анализирует главным образом не зо­нальность как последовательную колонку метасома­тических зон, а ин­тенсивность воздействия инфильтрационного потока на вмещающие поро­ды вдоль его продвижения по трещин­ным зонам и условия движения флюидов при остывании интрузив­ного массива.

Большое количество работ зарубежных исследователей было посвя­щено изучению скорости гетерогенных химических реакций при метасо­матозе, метаморфизме и соотношению их со скоро­стями привноса вещес­тва к зонам реакций, каковыми являются контакты зерен минералов с поровым пространством, заполнен­ным флюидом. Можно считать достаточно определенно установ­ленным, что при сравнительно низких температурах (до 200–300 С) скорости химических реакций протекают медленнее, чем скорость фильтрации флюидов, т. е. метасоматические процессы осуществляются в неравновесных условиях (Bеrnеr et al., 1978; Rimstidt et al., 1980; Aagard et al., 1982; Lasaga, 1984).

При высокотемпературных условиях метасоматоза и в боль­шинстве метаморфических процессов (Fisher et al., I977) соблюда­ется локальное равновесие, при котором скорость переноса веще­ства осу­ществляется медленнее скорости химических реакций, являясь лимитирующим фактором, от которого зависит развитие процесса. Различная скорость флюидного потока вдоль трещин­ных зон может смещать границу между локальным равновесием и неравновесным состоянием в ту или другой сторону (Potdevin et al., 1989).

Характерной особенностью работ зарубежных исследовате­лей является широкое использование ими математического аппа­рата для решения поставленных задач. Обычно приводится боль­шое количество уравнений, формул и некоторые примеры реше­ния задач с помощью компьютеров. С одной стороны, это большое достоинство их работ, так как использование математики и точных числовых решений считается высшим достижением той или иной отрасли знаний. Однако обращает на себя внимание, что уравне­ния составляются только для очень простых моделей природных систем и отмечается, что решение более сложных пока не подда­ется математическому анализу. Очень слабым звеном математи­ческого решения задач являются те параметры, которые состав­ляют их главное содержание. Числовые значения параметров при­родных систем, таких как температура, концентрация компонентов, скорость течения растворов, давление и т. д., невозможно полу­чить непосредственно в ходе геологических наблюдений, они весьма приблизительно оцениваются только косвенными или экс­периментальными методами. Поэтому весьма относительны и точность проведенных вычислений и возможность их практиче­ского использования. Даже в экспериментальных и промышленных условиях изучения гетерогенных процессов, где все параметры достаточно известны, специалисты-технологи (Дельмон, 1972) от­мечают, что применение математического аппарата приводит к «весьма запутанным вычислениям, когда интерпретация явления возможна только благодаря удаче» (с. 85). Причем в любом урав­нении достаточно одного неверно введенного параметра, чтобы весь расчет становился некорректным.

2.1.2.2. Механико-энергетический принцип формирования метасоматической зональности

Здесь энергозатратность прямо пропорциональна переме­щенному при метасоматозе количеству вещества.

Можно этот принцип объяснить проще. Химически агрессив­ные растворенные в воде вещества приходят в данную метасома­тическую зону из тектонической трещины или путем гидродинами­ческого течения – инфильтрации или диффузии вдоль трещины из зоны кристаллизующейся интрузии, с которой эта трещина соеди­няется. В зоне, где происходит метасоматоз, растворы смешива­ются с растворами, которые выделились из самих вмещающих по­род и насыщены их компонентами. В результате смешения тех и других растворов начинаются химическая реакция и образование новых минералов и соответствующих метасоматических зон в краевых частях тектонической трещины. Последовательность этих зон в направлении от трещины определяется энергией движения веществ в микропоровой среде вмещающих пород. Эта энергия возрастает по направлению к самой трещине. Такое возрастание обусловлено тремя факторами.

1. Ширина пор вблизи трещин увеличивается, так как здесь скорость процессов растворения пород выше скорости отложения новых минералов. Это способствует возможности течения, более широкого по площади поперечного сечения и более быстрого по скорости потока растворов, с чем соответственно связан больший привнес химических компонентов за единицу времени. Также это способствует и привносу большего объема вещества при диффу­зии за счет большей площади по перечного сечения проницаемых каналов.

2. Концентрация привнесенного химически агрессивного ве­щества увеличивается по направлению к тектонической трещине, где оно еще не израсходовано на проведение химических реакций в породах. Вследствие большей концентрации здесь возможен од­новременный подвод к растущим кристаллам большего количества вещества и, как следствие, ускорение их роста, т. е. здесь в дви­жении одновременно находится более значительная масса рас­творенного вещества на единицу объема пор, что создает боль­шую энергию его движения в целом.

3. Расстояние от центра тектонической трещины до образую­щейся метасоматической зоны более короткое. Чем меньше рас­стояние обмена веществ между самой трещиной и растущими в ее краевых частях минералами той или иной зоны, тем больше гра­диент концентрации этих веществ между ними, тем больше ско­рость и мощность диффузионного потока создается между ними. Действительно, чем ближе зона расположена к трещине, тем бы­стрее за счет градиента концентрации молекулы растворенного вещества двигаются и скорее могут попасть к растущим минера­лам, тем быстрее избыточные продукты реакции могут удалиться назад в трещину и, соответственно, тем быстрее и энергичнее бу­дет происходить такой обмен веществ и рост минералов соответ­ствующей зоны.

Суммируя все это, можно сказать, что главными факторами, способствующими созданию более высокоэнергетичного потока растворенных веществ вблизи тектонической трещины, являются большая ширина проницаемых каналов, высокая плотность рас­творенных веществ и большая скорость направленного движения каждой отдельной молекулы за счет большего градиента концен­трации.

Возможность создания такого высокоэнергичного потока растворенных веществ в зонах вблизи тектонической трещины способствует образованию в первую очередь и в наибольшем ко­личестве минералов, наиболее резко отличающихся от состава вмещающих пород, так как здесь создаются наиболее благоприят­ные условия для выноса компонентов из вмещающих пород и привноса новых компонентов из глубин вдоль тектонической тре­щины. По мере удаления от трещины внутрь породы энергия дви­жения растворенных веществ уменьшается и здесь уже не могут образовываться минералы, наиболее резко отличающиеся от со­става вмещающих пород. Поэтому здесь способны образоваться только минералы, не столь существенно отличающиеся от вало­вого состава вмещающих пород, и так до крайних зон, где прив­носа выноса вообще нет и происходит только изохимическая пере­кристаллизация пород.

Это объяснение причины формирования метасоматической зональности отличается от объяснения Д. С. Коржинского, считав­шего, что каждая из зон колонки образуется тогда, когда раствор достигает химического пересыщения (т. е. минерал выделяется в твердом виде) теми компонентами, из которых состоят слагающие ее минералы. Действительно, о таком пересыщении может идти речь, когда мы имеем дело с реакциями в свободном объеме жид­кости, например, в пробирке. Но при гетерогенных химических ре­акциях, к которым относится и метасоматоз, главное значение при образовании минералов имеет не пересыщение, а физическая воз­можность привноса-выноса веществ, так как в условиях локального химического равновесия, при которых идет метасоматоз, именно привнос-вынос лимитирует скорость всего процесса.

Величина пересыщения растворов проявляется не конкретно в образовании метасоматической зональности. Она в целом опре­деляет степень химической агрессивности растворов, т. е. спо­собны ли они вообще производить какие-либо метасоматические преобразования, когда происходит смешивание привнесенных из глубин растворов и поровых растворов вмещающей породы. Если при таком смешивании достигается необходимая степень пересы­щения растворов соответствующими минералами, то начинается образование этих минералов в зонах колонки. Среди всех пере­сыщающих раствор минералов быстрее будет выделяться тот ми­нерал, образование которого сопровождается меньшим привно­сом-выносом вещества,

Отличие этих идей автора от идей Д. С. Коржинского о сущно­сти формирования метасоматической зональности можно образно показать следующим образом. Представим себе, будто в каждой метасоматической зоне имеется мифический дракон, который пе­рерабатывает ее путем поедания вмещающих пород и привнесен­ных сюда из трещин ювенильных химических компонентов и скла­дирует здесь же продукты своей жизнедеятельности с частич­ным выносом избыточных продуктов так, чтобы не изменился объем всей массы породы. Количество таких драконов соответст­вует количеству метасоматических зон.

Потенциально «драконы» способны съесть и переработать неограниченно большое количество вещества, что находится в соответствии с представлениями Д. С. Коржинского о локальном или мозаичном химическом равновесии, когда скорость химиче­ских реакций в каждой зоне значительно превосходит скорость привноса вещества. Физическая способность «драконов» — это химические потенциалы по Д. С. Коржинскому. Но работа «драко­нов», т. е. образование метасоматических зон, регулируется не их неограниченной потенциальной физической возможностью, а спо­собностью микропористой системы привнести необходимое коли­чество вещества для их питания и вынести соответствующее ко­личество избыточных продуктов, чтобы не увеличить объем по­роды. Насколько выше энергия потока вещества в этой среде, тем больше и «драконы» произведут своей продукции в виде метасо­матических зон с определенным количеством привнесенного и вы­несенного вещества. Иными словам, работа «драконов» опреде­ляется их питанием и возможностью удаления отходов их жизне­деятельности. Чем хуже их кормить, тем меньше работы они сделают.

Непосредственным выражением механико-энергетического принципа являются те «парадоксы» и двойственный характер про­явления метасоматоза, которые описаны Г. Л. Поспеловым (1973). Двойственность проявляется в избирательном замещении и все­замещении, структурной чувствительности и структурной незави­симости замещения, вещественной унаследованности и вещест­венной независимости метасоматитов, резких и расплывчатых границ метасоматических зон и тел. С позиции механико-энергети­ческого принципа это объясняется просто: интенсивность метасо­матических процессов усиливается по направлению от перифе­рийных зон большей проницаемости к центральным в результате соответствующего изменения физических возможностей массооб­мена. Иначе говоря, к центральным зонам проницаемости (текто­ническим трещинам) возрастает всезамещаемость, структурная и вещественная независимость метасоматитов, а в обратном на­правлении – избирательность, структурная чувствительность, ве­щественная унаследованность замещения.

В. В. Хлестов (1976) отмечал, что дифференциальную под­вижность можно толковать как следствие количественных разли­чий в скоростях перемещения компонентов и связанных с этим различий в масштабе соответствующих изменений пород.

Фактором механической энергозатратности отвечают явления увеличения привноса-выноса компонентов по направлению к цен­тральным зонам тектонических трещинных участков, сложенных обычно кварцем, кальцитом, окисными или сульфидными рудными минералами, т. е. такими, которые существенно отличаются по ва­ловому химическому составу от вмещающих (например, алюмо­силикатных) пород, так что при их формировании необходимы максимальные энергетические затраты по перемещению веще­ства.

Очень ярко механико-энергетические факторы проявляются в образовании многих типов псевдоморфоз, близких по составу с минералами, по которым они развиваются; псевдоморфозы маг­нетита по гематиту – мушкетовит, гематита по магнетиту – мартит, амфибола по пироксену – уралит, скаполита по плагиоклазу, ли­монита по сульфидам железа, лейкоксена по ильмениту, серпен­тина по оливину и т. д. Для их образования требуется совершенно незначительный привнес и вынос вещества. При этом обращает на себя внимание почти полное замещение первичных минералов псевдоморфоз при отсутствии наложения на окружающие мине­ралы, существенно отличающиеся от них по составу. Здесь видна легкость замещения минералов близкого состава, когда это заме­щение происходит на значительных участках и при существенной полноте завершения процесса.

Механико-энергетические факторы наглядно проявляются также в избирательном замещении минералов. Например, по на­блюдениям автора, в гранитизированных и фельдшпатизирован­ных амфиболитах калиевый полевой шпат предпочтительнее раз­вивается по близкому к нему по составу плагиоклазу и менее всего – по амфиболу и кварцу. Обычно видно, как он, развиваясь вдоль контакта зерен кварца и плагиоклаза, избирательно заме­щает последний и не затрагивает кварц. Биотит в этих породах чаще всего замещает близкую к нему по составу роговую обманку или формируется вдоль контакта зерен магнетита и плагиоклаза, содержащих его главные составные компоненты.

Подтверждением роли механико-энергетического принципа при формировании метасоматической зональности являются при­меры так называемой черно-белой резко контрастной дифферен­циации компонентов. Например, при фельдшпатизации амфибо­лов или порфиритов нередко образуются прожилки сульфидов или магнетита, окруженные светлой полевошпатовой оторочкой (рис. 8). Здесь минералы располагаются в соответствии со своей энергозатратностью: рудные – в центре, полевые шпаты – на пе­риферии. Но такое их расположение не может быть удовлетвори­тельно объяснено с позиции образования зональности в резуль­тате соответствующей смены состава растворов и пересыщения их соответствующими минералами. Во-первых, трудно объяснить, как на таком коротком расстоянии (мощность жилок не превышает первых миллиметров) может происходить смена состава сульфи­дообразующего (или магнетитообразующего) раствора на поле­вошпатообразующий, а во-вторых, с этой точки зрения, полевые шпаты должны были бы слагать центральную зону, так как отме­ченные прожилки формируются на фронте фельдшпатизации и щелочные фельдшпатизирующие растворы являются инициато­рами этой зональности, больше всего проявляя свой первичный состав вдоль оси трещин.

Убедительнее с позиции механико-энергетических факторов объясняется существование в одних и тех же участках зональных жилок, в которых внешние зоны сложены одной и той же мине­ральной ассоциацией, а ядерные – различными ассоциациями, но в строгом соответствии с энергозатратностью формирования. На­пример, в районе Тельбесской группы железорудных месторожде­ний встречаются жилки гранатовых скарнов, в которых ядерная часть в одних случаях сложена магнетитом, в других – кварцем, в третьих – кальцитом (рис. 9).

	Рис. 8. Прожилок и пор­фиробластовое выделение сульфидов – пирит + пир­ротин (черное), окружен­ные плагиоклазовой ото­рочкой (белое) среди оро­говикованных андезитовых порфиритов (фотография шлифа без ана­лизатора; Инское месторождение, Алтай, скв. 303, гл. 281 м)
Рис. 9. Зональные скарновые прожилки с ядерной зоной, сложенной маг­нетитом (а), кальцитом (б), кварцем (в); зарисовка керна: а, б – скв. 408, гл. 397 м, 132 м (район Темиртауского рудного поля), в – скв. 288, гл. 350 м (Горная Шория) 1 – порфириты среднего состава; 2 – зона осветления и фельдшпатиза­ции; 3 – гранатовые и эпидот-гранатовые скарны; 4 – кальцит; 5 – кварц; 6 – магнетит

Следовательно, механико-энергетический принцип формиро­вания метасоматической зональности находится в полном соот­ветствии с принципом устойчивости самоорганизации природы, так как каждая из метасоматических зон образуется в зависимости от энергии движения веществ в поровых растворах при взаимном об­мене этими веществами между ней и раствороподводящей тре­щинной зоной.

2.1.3. Представления о стадийности метасоматических процессов

Метасоматоз очень тесно связан с гидротермальным рудооб­разованием. Проблемы, связанные с этими процессами детально разбирались на крупной международной конференции в 1963 г. (Конференция…, 1963, 1965). В докладах развивались представ­ления о полиасцендентной, т. е. пульсационной (по С. С. Смирнову, 1937), и моноасцендетной зональности, т. е. зо­нальности отложения рудообразующих компонентов на путях их фильтрации. Д. С. Коржинский на этой конференции изложил свои представления о закономерном стадийном изменении кислотно­сти-щелочности послемагматических процессов, с каждым из кото­рых связаны определенные типы оруденения. Эти идеи излагались им и ранее в различных публикациях, в том числе и зарубежных. Из докладов на конференции можно видеть, что эти идеи не нашли заметного отражения в работах зарубежных геологов, тогда как в СССР ими увлекались почти то­тально. Редкая статья по эндогенному рудообразованию и мета­соматозу обходилась без ссылок на его работы. Это можно видеть из докладов на многочисленных последующих общероссийских конференциях по метасоматозу (Метасоматические изменения боковых пород и их роль в рудообразовании, 1966; Проблемы ме­тасоматизма, 1970; Метасоматизм и рудообразование, 1974, 1978, 1988; Метасоматиты докембрия и их рудоносность, 1989; Метасо­матические процессы в докембрийских толщах, 1991).

В постмагматических процессах Д. С. Коржинский (1965) вы­деляет четыре стадии: раннюю щелочную, кислотную, позднюю щелочную и нейтральную. Ранняя щелочная стадия, по его мне­нию, подразделяется на две: метасоматоз магматической стадии, когда происходят гранитизация, сиенитизация, диоритизация под воздействием трансмагматических растворов, и автометасоматоз ранней щелочной стадии, развивающийся по самим интрузивным породам. В отношении кислотной и позднещелочной стадий пер­воначально обычную смену послемагматического кислотного вы­щелачивания последующим осаждением оснований он (Коржин­ский, 1955) пытался объяснить тем, что понижение температуры вдоль потока растворов может сначала вызвать повышение ки­слотности раствора с выщелачиванием из породы оснований, а потом понижение кислотности растворов при дальнейшем пониже­нии температуры и соответственно осаждение ранее выщелочен­ных оснований в виде рудных тел.

Позднее он выдвинул гипотезу о «кислотно-основном фильт­рационном эффекте», создающем опережающую волну кислотно­сти (Коржинский, 1957). В основе гипотезы лежит представление о дифференциальном течении компонентов растворов при более быстром просачивании кислотных компонентов сравнительно с основаниями. При фильтрации сложных растворов через тонкие фильтры происходит частичный гидролиз солей с обогащением головной части фильтрационного потока кислотными компонен­тами, а тыловой – основаниями. Для подтверждения гипотезы Л. Н. Овчинниковым и др. (1956), В. А. Жариковым и др. (1963) и другими исследователями были проведены эксперименты. Было установлено, что при фильтрации растворов через тонкопористые фильтры первые порции растворов бывают обогащены кислот­ными компонентами, что можно считать твердо установленным фактом. Однако интерпретация этого факта может быть различ­ной. Если Д. С. Коржинский и его сторонники считают это проявле­нием фильтрационного эффекта, то ряд других исследователей (Смирнов, 1963; Чернобережский, 1963; Hofman, 1972; Голубев и др., 1974) утверждают, что все эти эффекты могут быть обуслов­лены различиями в ионообменных свойствах различных компонен­тов с материалом фильтра, через который они просачиваются. В последнем случае никакого дифференцированного опережающего движения кислотных компонентов не происходит. Просто послед­ние дольше задерживаются на фильтре и накапливаются там, а не движутся с различной скоростью вместе с кислотными компонен­тами и волны кислотности в потоке не создается, а происходит обычное изменение состава растворов в ходе реакций с вмещаю­щими породами.

В соответствии с представлениями Д. С. Коржинского (1965) о кислотно-основном фильтрационном эффекте в течение кислотной стадии происходит возрастание кислотности растворов, сопровож­даемое кислотным выщелачиванием пород, через которые рас­творы просачиваются, с постепенным замещением более сильных оснований более слабыми, вплоть до полного окварцевания по­род. В течение поздней щелочной стадии кислотность понижается в связи с уходом волны кислотности. Основания, выщелоченные из боковых пород в кислотную стадию, отстают от волны кислотно­сти и пересыщают растворы. Поэтому с уходом волны кислотности растворы достигают значительной основности, что вызывает се­рию реакций растворов с боковыми породами с постепенным вы­теснением более слабых оснований более сильными и, наконец, осаждение рудных и других основных компонентов. По его мне­нию, «такое повышение основности растворов является главной причиной осаждения руд в гидротермальных жилах» (с. 309). Ос­новные компоненты, выщелоченные в кислотную стадию из значи­тельных объемов пород, после ухода волны кислотности осажда­ются преимущественно в трещинах пород, так как при преоблада­нии осаждения поры пород легко закупориваются. Это приводит к концентрированному отложению в виде жил (от микроскопических до промышленных) тех компонентов, которые выщелочены из больших объемов боковых пород. Образование магнетитового оруденения, по Д. С. Коржинскому, происходит в условиях стадии с возрастающей кислотностью постмагматических растворов.

По моему мнению, большим достижением изложенных пред­ставлений Д. С. Коржинского является то, что он логически стройно связал образование гидротермальных рудных жил с фор­мированием околорудных измененных пород, показав, что послед­ние во многих случаях могут служить существенным источником компонентов для рудных месторождений.

Но в его построениях есть крупный недостаток, на который по каким-то причинам ранее не обращали внимания. Необходимо представить себе, как по времени соотносятся кислотная и щелоч­ная стадии. Если происходит кислотное выщелачивание компонен­тов из вмещающих пород, в том числе и внутри самих трещин, то все эти компоненты переходят в растворенное состояние и на данной стадии выщелачивания должны существовать где-то в растворе. В этот период они не могут осаждаться и внутри трещин, потому что там также действует та же кислотная стадия.

Д. С. Коржинский отмечает, что вследствие течения раство­ров осаждение оснований должно происходить выше того уровня, где они растворялись, поэтому «в нижних зонах кислотное выще­лачивание резко преобладает над последующим осаждением ос­нований» (с. 310). Но это не проясняет вопрос о том, где и в каком виде должны существовать растворяемые в кислотную стадию компоненты, так как во всех зонах существуют сопряженные зоны выщелачивания в окружении рудных жил. Совершенно очевидно, что масса выщелоченных компонентов не может существовать и в составе раствора в период кислотной стадии. Значит, объяснение может быть одно: компоненты, растворенные из боковых пород, должны также одновременно отлагаться и в трещинах среди этих пород. Но тогда это не разные стадии по времени, а одновремен­ные минеральные образования, такие же, как и зоны единой мета­соматической колонки, но образующиеся в несколько специфиче­ских условиях.

Одновременность образования рудных и околорудных пород отчетливо видна на примере так называемой черно-белой контра­стной дифференциации компонентов. Например, в районе Ташел­гинских месторождений в гранитизированных амфиболитах име­ются порфиробласты магнетита (иногда с сульфидами), окружен­ные плагиоклазовой оторочкой (рис. 10). Совершенно очевидно, что плагиоклаз и магнетит образуются одновременно. Железо маг­нетита обусловлено выносом его из плагиоклазовой оторочки при замещении амфибола вмещающих амфиболитов.

Рис. 10. Замещение амфиболита пегматоидным кварц-плагиоклазовым мигматитом с выделением порфиробластов магнетита, окруженных пла­гиоклазовыми оторочками (фотография керна, Ташелгинское месторож­дение, Горная Шория, VI аномальная зона, скв. 432, гл. 63 м)

В этой же зоне имеются амфибол-пироксен-магнетитовые шлиро- и жилообразные выделения явно метасоматического про­исхождения, связанные с процессом гранитизации и переотложе­ния железа, которые пересекаются кварц-полевошпатовыми про­жилками, сами находясь среди осветленных гранитизированных амфиболитов. Несомненно, что они образовались одновременно с гранитизированными породами.

При изучении на Алтае осадочных рудопроявлений железа с тонкoполосчатыми рудами я многократно наблюдал, как в зонах кремнево-щелочного замещения этих руд полевыми шпатами маг­нетит переотлагается в виде крупнозернистых жилкообразных и шлирообразных агрегатов непосредственно среди самих освет­ленных пород (рис. 11). Здесь также совершенно очевидна одно­временность образования полевошпатовой оторочки и переотло­женного магнетита, хотя последний нередко образует и резко се­кущие прожилки среди осветленных пород. Встречаются жилы пе­реотложенного магнетита с ксенолитами вмещающих фельдшпа­тизированных пород, и одновременно присутствуют жилки фельд­шпатизации, секущие руду (рис. 12). Иногда среди роговиков на­блюдаются жилы амфибола с оторочками фельдшпатизации и од­новременно заметно, как эта оторочка, в виде мелких жилок рассе­кает саму эту амфиболовую жилу (рис. 13).

	Рис. 11. Прожилки и изометрич­ные скопления магнетита (серое) в зоне фельдшпатизации, раз­вивающейся по тонкополосча­тым магнетитовым осадочным рудам (фотография полирован­ного образца; Кубадринское же­лезорудное проявления, Горный Алтай)
	Рис. 12. Жила магнетита, содер­жащая как угловатые обломки вмещающих фельдшпатизиро­ванных пород, так и прожилки фельдшпатизации, пересекаю­щие магнетит (фотография по­лированного образца; Кубадрин­ское железорудное проявления, Горный Алтай)
	Рис. 13. Прожилок амфибола, окруженный зоной фельдшпати­зации, среди тонкополосчатых роговиков. Видно рассечение прожилка жилками фельдшпати­зации (фотография полирован­ного образца; Кубадринское же­лезорудное проявления, Горный Алтай)

Выше был показан пример образования порфиробластовых и жилковидных выделений сульфидов, окруженных оторочками пла­гиоклаза среди порфиритов на Инском месторождении (см. рис. 8).

Согласно Д. С. Коржинскому, отложение магнетита, напри­мер, в скарново-рудном процессе, происходит в стадию понижаю­щейся щелочности растворов, т. е. позднее формирования около­рудных скарновых и полевошпатовых пород. В вышеотмеченных примерах безосновательно предположение, что магнетит и суль­фиды отложились позднее окружающих их осветленных пород, откуда было вынесено железо для их образования. Те и другие образовались в одно время, и железо, высвобождаясь из вме­щающих пород, сразу же осаждалось в виде магнетита или суль­фидов так же одновременно, как образуются зональные метасома­тические колонки. Нет оснований считать, что имеется какая-то особая стадия в понижении здесь щелочности.

Однако в отмеченных примерах действительно нередко можно наблюдать, как мелкие прожилки магнетита пересекают по­левые шпаты и даже иногда рассекают их вдоль зонок дробления и трещин спайности. Это что – доказательство позднего отложения магнетита в целом? По-моему, совсем нет, просто это осаждение завершающих порций железосодержащего вещества, вынесенных из околорудных оторочек. В целом процесс идет в течение одной и той же стадии, но завершение отложения магнетита происходит несколько позднее, так как в окончании процесса сначала железо должно раствориться во вмещающей оторочке, а затем отло­житься в виде магнетита.

Одновременность отложения магнетитовых руд с силикат­ными минералами описана на примере магнезиально-скарновых месторождений (Коржинский, 1955; Шабынин, 1978; Синяков, 1986). Мной в железорудных месторождениях известково-скарно­вой формации (Ташелгинском, Таштагольском, Казском, Белорец­ком) наблюдались зоны так называемых рудных скарнов, в кото­рых присутствует вкрапленный и прожилковый магнетит в параге­нетически устойчивых взаимоотношениях со скарновыми гранатом и пироксеном. На Инском месторождении в пределах наиболее мощной рудной залежи сплошных руд встречается магнетит в тес­ном срастании с пироксеном, образуя рябчиковые текстуры.

Примером одновременности гидротермальных жил с около­рудными породами могут служить кварцевые жилки с сульфидами и пироксеном в контактовой зоне гранитного массива, вскрытого карьером Борок на окраине Новосибирска (детальнее это будет описано ниже).

Таким образом, одновременность образования руд и связан­ных с ними околорудных метасоматитов не позволяет говорить о формировании их в разные стадии. Поэтому представления об от­ложении их в разные стадии изменения кислотности-щелочности растворов вызывает сомнения, даже если это изменение происхо­дит в результате фильтрационного эффекта и опережающей волны кислотности.

По моему мнению, это просто объясняется с позиции меха­нико-энергетического принципа формирования метасоматической зональности. Центральные зоны трещин, выполненные обычно рудными или жильными минералами, являются зонами наиболее свободной циркуляции и диффузии химических компонентов. По­этому только здесь в принципе возможно концентрированное об­разование таких энергетически наиболее высокозатратных в алю­мосиликатной среде минералов, как сульфиды, магнетит, кварц, карбонаты и др., которые наиболее существенно отличаются от состава вмещающих пород, и поэтому для их формирования тре­буется наибольший привнос-вынос вещества. В отдалении от высо­копроницаемых зон эти минералы могут образоваться только в рассеянном виде или отсутствовать совсем, так как потенциально минимальная энергия потока вещества препятствует их образовы­ванию.

Однако в ряде случаев действительно наблюдаются случаи явно не одновременного отложения рудных минералов по отноше­нию к околорудным метасоматитам. Так, на примере Ташелгинских железорудных месторождений показано, что часть магнетитовых сплошных руд образуется позднее типичных известковых скарнов и накладывается на них, сопровождаясь образованием апоскарно­вых амфибол-эпидотовых пород и кремнево-калиевых щелочных метасоматитов (Шабалин, 1972). Это действительно уже более поздняя и низкотемпературная стадия рудообразования, которая накладывается на первую раннюю стадию скарнов и связанных с ними одновременных магнетитовых руд. Такие случаи наложения двух стадий не редки в скарново-магнетитовых месторождениях, но это не доказательство разновременности формирования около­рудных силикатных пород и магнетитовых руд в целом и образо­вания первых в щелочную стадию, а вторых – в стадию понижаю­щейся щелочности. Каждая из этих стадий магнетитового оруде­нения сопровождается своими околорудными метасоматитами.

Таким образом, с позиции механико-энергетического прин­ципа формирования метасоматической зональности образование руд и околорудных метасоматитов происходит одновременно в одну стадию, как механико-энергетические зоны единой колонки. Объяснить это можно без представлений о кислотно-основном фильтрационном эффекте и выделении поздней щелочной стадии и стадии повышающейся кислотности растворов в конце ранней щелочной стадии (осаждение магнетитовых руд). Наиболее отчет­ливо в рудообразующем околорудном процессе выделяются две крупные стадии: 1) кварц-полевошпатового метасоматоза и свя­занного с ним скарново-магнетитового оруденения (магнезиаль­ного и известково-скарнового); 2) так называемая кислотная ста­дия пост­магматического процесса, с которой связаны типичные гидротермальные и грейзеновые месторождения. Между ними мо­гут быть еще переходные стадии, зависящие от температуры об­разований минеральных ассоциаций – собственно температурные. Кроме них может быть стадийность, вызванная многократными тектоническими подвижками и взаимопересечениями жил одной и той же или разных температурных стадий. Эта стадийность близка к представлению С. С. Смирнова (1937) о пульсационной стадий­ности. Мне кажется, ее надо называть тектонической стадийно­стью минералообразования в отличие от температурной. Хотя не­редко они могут совмещаться, создавая температурно-тектониче­скую стадийность.

2.1.4. Понятие о метасоматических фациях

Термин «фация» означает «лицо, вид, облик». Впервые в геологии употребил его Грессли в 1889 г., определив его как изме­нения синхронных отложений (особенностей их петрографического состава и палеонтологических признаков) главным образом в гори­зонтальном направлении применительно к стратиграфии. Это оп­ределение очень четко характеризует термин «фация» как в пер­вую очередь пространственную категорию, имеющую прямое поис­ковое значение, т. е., определив при геологическом картировании какую-либо фацию, можно по простиранию толщи предполагать и вести соответствующие поиски других фаций, которые обычно со­седствуют с ней. Такое же пространственное понимание фации предполагается для метаморфических пород. Например, среди них выделяются высоко-, средне-, низкотемпературные фации ре­гионального или контактового метаморфизма, которые также обра­зуют ряд синхронных образований, последовательно сменяющих друг друга в пространстве по мере приближения или к контакту с интрузивом, или переходу на большие глубины земной коры. Ана­логично понятие «фация» применительно к магматическим поро­дам, где, например, выделяются фации больших, средних, малых глубин, субвулканические и эффузивные. Здесь также можно ви­деть в понятии «фация» четкую пространственную категорию син­хронных отложений.

Несколько сложнее представление о метасоматических фа­циях, выдвинутое Д. С. Коржинским и его последователями. В его ранней работе (1948) к одной минеральной фации он относит ту или иную породу, в которой может проявиться одна или несколько ступеней минеральных равновесий в определенной области внеш­них физических и геохимических условий. Следовательно, здесь фация является результатом проявления нескольких разновре­менных метасоматических процессов, накладывающихся друг на друга в определенной последовательности по мере падения тем­пературы. Такое понимание фации очень сложно для практиче­ского использования, так как каждая фация должна определяться по сочетанию нескольких разновременных процессов, а количество сочетаний может быть очень велико. Вероятно, поэтому Д. С. Коржинский далее не развивал это понятие в таком виде.

Позднее он (Коржинский, 1955) дал несколько иное определе­ний фации, согласно которому «к одной фации относятся метасо­матические породы, образовавшиеся при одинаковых внешних ус­ловиях, т. е. температуре, давлении раствора, вполне подвижном поведении одних и тех же компонентов и их одинаковой концен­трации в растворе. В пределах одной метасоматической фации разнообразие минерального состава пород может вызываться только различием содержания инертных компонентов» (с. 363). В соответствии с этим определением каждая отдельно взятая зона единой метасоматической колонки, т. е. парагенезис, является фацией этой колонки, а какие-либо позднее накладывающиеся ми­неральные ассоциации уже не являются фациальной разновидно­стью, хотя могут быть фацией другой метасоматической колонки.

Такое понимание фации полностью отвечает принципу диф­ференциальной подвижности компонентов Д. С. Коржинското и отражено в разработанной им теории метасоматоза.

Позднее В. А. Жариков и Б. И. Омельяненко (1978) дали фа­ции несколько иное определение: «метасоматическая фация пред­ставляет собой совокупность метасоматических пород, образован­ных в различных зонах метасоматической колонки в определенных геологических условиях, т. е. в результате воздействия на породы определенного состава растворов определенного этапа гидротер­мального цикла при определенных значениях температуры, глу­бинности, подвижности компонентов и активности вполне подвиж­ных компонентов». Та же трактовка дается другими словами: «ме­тасоматическая фация – совокупность метасоматических пород, характеризующаяся закономерным сочетанием минеральных па­рагенезисов в единой метасоматической колонке».

Отличие такого понимания фации от представления Д. С. Коржинского заключается в том, что здесь к одной фации от­носится не одна зона колонки, а в целом вся колонка зон, форми­рующихся в изотермических, изобарических условиях, развиваю­щаяся по одним и тем же породам и на определенном этапе гид­ротермального цикла. По существу, это определение фации отра­жает крупномасштабный характер изменения метасоматических процессов вдоль течения потока флюидов в вертикальном на­правлении снизу вверх от магматического очага или глубин земли по восстанию зон высокой проницаемости, а также в зависимости от изменения состава вмещающих пород. В соответствии с этим раствор определенного состава и определенного этапа гидротер­мального цикла, исходящий из остывающего интрузивного массива или глубинного очага, на пути своего движения, попадая в различ­ные зоны с понижающейся температурой и давлением, различ­ными по составу породами, образует при метасоматозе отдельные фации – высоко-, средне- и низкотемпературные, фации больших, средних и малых глубин, фации в зависимости от состава пород, по которым развивается метасоматоз, фации с высокой активно­стью тех или иных вполне подвижных компонентов и с различной кислотностью–щелочностью метасоматизирующих растворов. На основе этих положений B. А. Жариковым и др. (1978) составлена классификация метасоматических фаций.

Мной предлагается выделить отдельно две группы метасома­тических фаций: одна формируется в вертикальном направлении по падению (или восстанию) тектонических зон высокой проницае­мости, а вторая – поперек этих зон.

В первом случае группы фаций образуются в результате оп­ределенного уровня реакционного изменения концентрации ком­понентов в ходе течения растворов вдоль снизу вверх проницае­мых зон, а также в результате изменения температуры, давления при пересечении потоком флюидов различных геотермических или барометрических уровней в земной коре в целом или около интру­зивных массивов. Формирование этих групп фаций определяется физико-химическими особенностями миграции эндогенных флюи­дов и их взаимодействием с вмещающими породами. По существу, это фации в понимании В. А. Жарикова и Б. И. Омельяненко (1978). Они имеют региональное развитие в земной коре и протя­женность по восстанию и простиранию в сотни метров и даже ки­лометры, располагаясь вертикально друг над другом по зонам вы­сокой проницаемости. Эти группы фаций можно назвать про­дольно-трещинными или физико-химическими, так как они могут различаться температурой, давлением, физико-химическим со­стоянием фильтрующихся растворов, которыми регулируется по­следовательность их размещения.

Ко второй группе фаций относятся породы единой метасома­тической колонки, располагающиеся последовательно друг за дру­гом по мере удаления от осевых частей зон высокой проницаемо­сти. Это более позднее представление Д. С. Коржинского о фации (1955). Однако в отличие от него я считаю, что в образовании этих фаций решающее значение имеют не физико-химические, а меха­нико-энергетические факторы. Главной причиной формирования этих поперечно-трещинных фаций является энергия движения хи­мических компонентов в порах горных пород в процессе диффузии или инфильтрации. Эта энергия выступает в такой роли потому, что она, лимитируясь проницаемостью пород и градиентом кон­центрации, осуществляет распределение минеральных фаций по метасоматическим зонам поперек зальбандов трещин

При таком представлении каждая механико-энергетическая фация – это один минеральный парагенезис единой метасомати­ческой колонки, а каждая физико-химическая фация – это вся ме­тасоматическая колонка, формирующаяся в определенных усло­виях температуры, давления, состава растворов и вмещающих пород. Можно сказать, что механико-энергетическая фация – это субфация, т. е. составная часть физико-химической фации.

Необходимо обратить внимание на соотношение фаций и стадий метасоматоза. Если фации – это метасоматические по­роды, одновременно образующиеся в разных участках, то прояв­ление стадий следующее: в одной и той же породе наблюдается последовательное наложение разновременно образующихся ми­неральных ассоциаций. Обычно низкотемпературные минераль­ные ассоциации накладываются на более высокотемпературные в процессе остывания магматического очага, корродируя их и пере­секая в виде прожилков.

С точки зрения изложенных выше представлений о фациях наложение друг на друга пространственно одновременно обра­зующихся метасоматических пород можно объяснить пространст­венным сдвигом вертикально расположенных продольно-трещин­ных физико-химических фаций вследствие понижения темпера­туры в каждом конкретном участке пород по мере остывания ин­трузива. Схема этого смещения показана на рис. 14. Именно этот этап смещения физико-химических фаций в направлении вниз по контакту с интрузивом и выражен в виде стадий в целом непре­рывного единого гидротермального процесса, когда верхняя группа фаций накладывается на нижнюю. В этом случае стадия – это не интервал времени формирования какой-либо минеральной ассоциации, а интервал времени пространственного смещения групп вертикально располагающихся продольно-трещинных фи­зико-хи­мических фаций и наложения верхних групп на нижние. Может быть и обратное, когда нижние фации накладываются на верхние. Поэтому прогрессивный процесс метасоматоза отлича­ется от рег­рессивного тем, что ниже расположенные фации надви­гаются на верхние, а для регрессивного процесса характерно об­ратное соот­ношение, когда верхние фации накладываются на нижние.

Рис. 14. Схема размещения механико-энергетических групп физико-химических фаций и последовательность формирова­ния стадий в ходе метасоматических про­цессов по падению тектонического раз­лома и смещения вниз физико-химических зон. Условными знаками показаны меха­нико-энергетические фации различного состава

В принципе, при формировании механико-энергетических фа­ций, т. е. зон единой метасо­матической колонки, ты­ловые зоны тоже надви­гаются на фронтальные в процессе их разрастания. Но здесь не наблюдается признаков замещения одних минеральных па­рагенезисов другими, так как рост и перекристал­лизация мине­ралов во всех зонах колонки идет одновременно и «отсту­пающие» минералы сразу же вновь образу­ются перед фронтом «наступаю­щих» в непо­средственной близости от них. Поэтому контакты ме­жду отдельными зо­нами бывают достаточно резкие.

При стадийном сдвиге метасоматических фаций каждая верх­няя зона накладывается на нижнюю (или наоборот) с четкими при­знаками за­мещения одних мине­ральных ассоциаций дру­гими, так как в это время последняя уже прекратила свое образо­вание вследствие изменения физико-химических условий и вся эта зона попала в физико-химическую зону действия верхней фации.

жүктеу/скачать 1.12 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: