Лекция 10 скарновые месторождения

Идеализированная схема размещения магнетитовых месторождений в вулкано-плутонической структуре.

1 – терригенно-карбонатные отложения; 2 – известняки; 3-5 – породы вулканической серии: 3 – эффузивы и их туфы, преимущественно базальтового состава, 4 – то же андезито-базальтового состава, 5 – то же андезитового состава; 6-7 – интрузивный комплекс, комагматичный вулканитам: 6 – габбро, габбро-диориты, 7 – диориты, кварцсодержащие диориты, диорит-порфириты; 8 – пироксен-гранатовые скарны; 9 – магнетитовые месторождения и их подтипы (цифры в кружочках): 1 – магнетитовые позднемагматические, 2 – собственно скарновые, 3 – скаполитовые, 4 – гидросиликатные; 10 – разрывные нарушения

http://www.uran.ru/structure/institutions/igg/Publications/Prokin/stat41.htm
Форма скарновых тел весьма разнообразна: пласты, линзы, штоки, трубы, жилы, гнезда, сложные комбинированные залежи.

Размеры рудных тел скарновых месторождений: обычно - до 200-500 м по протяженности и мощностью 10-60 м; наиболее крупные - до 1.5-2.5 км при мощности до 200 м.

По составу исходных пород скарны разделяются на три типа: известковые, магнезиальные и силикатные. Известковые скарны образуются по известнякам и наиболее распространены в природе (Тырныауз).

Гранат-андрадит с эпидотом, образец 8см. Дашкесан.

Фотографии: Copyright © В. А. Слётов, 2005

http://geo.web.ru/mindraw/cristall2.htm

Везувиан

Обобщенная модель известково-скарновой зональной залежи выглядит так:

1) гранитоиды неизмененные;

2) гранитоиды осветленные (появляются дополнительный мусковит и полевые шпаты);

3) пироксен-гранатовые эндоскарны с эпидотом и плагиоклазом;

4) гранатовые экзоскарны;

5) пироксеновые (салитовые) экзоскарны;

6) мраморы или мраморизованные известняки.

Обобщенная модель магнезиально-скарновой зональной залежи:

1) интрузивная порода;

2) шпинель-пироксеновые экзоскарны;

3) шпинель-форстеритовые экзоскарны;

4) кальцифиры (силикатные мраморы);

5) доломиты.

а) плагиогранитами, плагиосиенитами и траппами - производными базальтовой магмы;

б) с гранодиоритами батолитов и гранитоидами малых интрузий – произ­водными гранитной магмы.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

Скарны образуются в результате комбинированного воздействия тепла интрузий и горячих минерализованных газово-жидких водных растворов. Состав растворов - преимущественно хлоридные анионы, Ca и Na - катионы. pH - нейтральные растворы.

Изменения во вмещающих интрузию породах протекают в два этапа.

1) При становлении любого интрузивного тела вмещающие породы испытывают термальный изохимический метаморфизм. По сланцам образуются роговики, по песчаникам - кварциты, по известнякам - мраморы. Зоны этих преобразований развиваются вокруг интрузии на любой глубине и при любом давлении.

2) Под влиянием тепла и флюидов, исходящих из интрузии, в ее экзоконтактах и затвердевших эндоконтактах протекали аллохимические метасоматические процессы, образовавшие скарны. Эти явления происходили на небольших глубинах, где внутреннее флюидное давление было в состоянии преодолеть литостатическую нагрузку. Оптимальный диапазон глубин скарнообразования 0.5-2.5 км (гипабиссальная зона).

Температура скарнообразования.

Скарны являются самыми ранними и высокотемпературными метасоматитами.

На основании геологических данных и экспериментальных разработок в настоящее время модель скарнового процесса можно представить в 4-стадийном виде:

1) Стадия контактового изохимического метаморфизма, протекающего при температуре 900-650 С и сопровождающего внедрение магмы. Образуются ореол светлых, безрудных диопсидовых роговиков и мраморов. Безрудна.

2) Ранняя скарновая стадия (проявляется спорадически, занимая примерно одну десятую периметра интрузии). Температура - 650-500 С. Возникают сухие (без водосодержащих минералов) темные эндо- и экзоскарны, состоящие из мелкозернистых пироксенов и гранатов, а также светлые (волластонит-плагиоклазовые) скарны. Безрудна.

3) Поздняя гидросиликатная стадия скарнообразования протекает при температуре 500-400 С. Здесь возникают крупнозернистые перекристаллизованные гранаты и клинопироксены, скаполит, водосодержащие силикаты (гидрогранаты, роговая обманка, везувиан, эпидот, ильваит), магнетит и гематит, сульфиды, кварц, кальцит. Рудоносна. Гидросиликатные скарны образуют, как правило, систему гнезд и прожилков в более ранних скарнах, а также обособленные жильные и штокверковые тела в роговиках и интрузивах.

4) Заключительная гидротермальная стадия. Температура 400-150 С. Возникают разнообразные минеральные ассоциации (кварц, карбонаты, сульфиды и сульфосоли, гематит и др.), накладывающиеся на ассоциации предыдущих стадий. Рудоносна.

Собственно скарновая минеральная ассоциация возникает в интервале 900-500 С.

Образование скарнов наиболее полно объясняется инфильтрационно-диффузионной гипотезой Д. С. Коржинского. Гипотеза базируется на концепции биметасоматоза, протекающего на разогретом контакте карбонатных и силикатных пород. Здесь возникает неравновесная химическая система и начинается встречно-диффузионный отток элементов из областей их повышенной концентрации. На фронтах подобных миграций происходят реакции между соединениями в растворе и между раствором и породообразующими минералами. При разной подвижности элементов в направлении к фронту диффузии будет происходить понижение их концентрации в растворе с различной скоростью, обусловливая зональность минеральных парагенезисов. Относительная подвижность зависит от температуры процесса. По степени подвижности элементы, участвующие в метасоматозе, разделяют на 4 группы:

1) весьма подвижные (H₂O, CO₂);

2) вполне подвижные (K, Na, Cl, S);

3) ограниченно подвижные (Ca, Mg, Fe, Si, O₂);

4) малоподвижные (инертные) (P, Ti, Al). Подвижность соединений из групп "3" и "4" весьма зависит от температуры и давления среды.

Согласно данной концепции, месторождения формируются в зоне границы силикатных и карбонатных пород в связи с циркуляцией горячих растворов, обогащенных химическими соединениями: а) выносимыми из глубинных магматических очагов; б) заимствованными из пород на пути движения флюидов. В точках входа в систему скарнообразования преобладают привносимые соединения. Далее их роль сокращается и процесс протекает за счет встречной диффузии элементов силикатных и карбонатных пород. В результате основная масса ранних скарнов образовалась биметасоматическим образом, а рудные месторождения связаны с мощным воздействием постмагматических растворов, циркулировавших в трещинных зонах (скарны - очень хрупкие породы, поэтому при остывании и тектонических подвижках в них образуется масса трещин, облегчающих рудоотложение).

Основные признаки биметасоматических скарнов:

1) расположение скарнов в зоне контакта на границе известняков и силикатов);

2) небольшая мощность залежей из-за малой скорости диффузии;

3) четкая зональность скарнов;

4) развитие скарнов в обе стороны от контакта как результат встречной диффузии компонентов;

5) унаследованность состава (например, гранаты эндоскарнов содержат больше Al, чем гранаты экзоскарнов).

"Классические" биметасоматические скарны составляют менее 20% от общего их числа. Очевидно, в остальных случаях происходит инфильтрационное скарнообразование. Инфильтрационные скарны возникают при просачивании (инфильтрации) флюидов сквозь породы различного состава. Обменные процессы происходят при этом с участием промежуточной среды - транспортирующего флюида. При этом благодаря высокой подвижности растворов, переносимые компоненты проникают на большое расстояние.

Признаки инфильтрационного скарнообразования:

1) скарны размещаются среди карбонатных или силикатных пород вне прямой связи с интрузивным контактом;

2) жильная, трубообразная форма скарново-рудных тел, что обусловлено расположением разрывных нарушений, контролирующих просачивание растворов;

3) большая мощность и протяженность скарновых залежей;

4) слабое проявление зональности;

Выделяют (В.А. Шарапов) апокарбонатные и апосиликатные инфильтрационные скарны. Первые развиваются при привносе вещества из силикатных пород в карбонатные, вторые - наоборот (рисунки).

В зависимости от преобладания инфильтрационных или диффузионных процессов возникают весьма разнообразные скарновые месторождения. Процесс скарнообразования при этом протекает многостадийно.
По положению скарновых тел относительно материнской интрузии выделяют несколько типов скарновых систем.
Ортомагматическая модель. Главным скарно- и рудообразующим фактором является магматизм, выступающий источником энергии скарново-рудных процессов, скарнообразующих флюидов и рудного вещества (рисунок). Скарновые месторождения приурочены к ореольным зонам плутонов, обычно - к их контакту с известняками. Рудные тела размещаются как в эндо-, так и в экзоскарнах. Метасоматические тела имеют зональное строение, скарны представлены высокотемпературными разностями (740-200 С). Зона рудоотложения имеет небольшие размеры. Длительность формирования ортомагматических систем определяется временем "жизни" материнского плутона. Примеры - Темир-Тау (Горная Шория), Тырныауз (Сев. Кавказ), Турьинское (Урал).
Конвективная модель. Магматизм здесь выступает в роли "грелки", прогревающей окружающие породы. Прогрев "запускает" конвекционную систему потоков растворов (рисунок), путями движения которых служат зоны высокой проницаемости. Рудообразующий флюид на 90-95% имеет немагматическое происхождение. Главную роль в его формировании играют нагретые морские захороненные воды и метеорные воды глубокой циркуляции. Источником вещества могут быть как вулканогенно-осадочные толщи, так и интрузивные породы. Минеральный состав руд и метасоматитов, последовательность и интенсивность протекающих реакций во многом определяются литологией вмещающих толщ. Отличаются длительным существованием, несколько меньшей температурой минералообразования (680-200 С). Конвекционные системы создают грандиозные запасы руды, что объясняется значительно большей интенсивностью преобразования окружающих пород и извлечением большего количества рудного вещества, чем в ортомагматической системе. Примеры - Дашкесан (Азербайджан), Магнитогорское (Урал), Соколовско-Сарбайское (Тургай).

Признаки конвективного скарнообразования:

1) Некоторая удаленность скарново-рудных залежей от контакта с материнской интрузией;

2) Пластообразные, трубообразные формы рудных тел и согласное их залегание с напластованием вмещающих пород;

3) широкое развитие скаполитовой и гидросиликатной минерализации.

На практике магматогенные скарновые месторождения обычно представлены комбинацией обеих систем.
Метаморфогенно-метасоматическая модель. Разработана для магнезиальных скарнов, не связанных с магматическими процессами. Источником тепла здесь выступает мантийный тепловой поток, скарнообразование происходит в регионально метаморфизуемых толщах, источник рудного вещества - глубинные флюиды и скарнируемые породы. Скарны возникают как биметасоматическим, так и инфильтрационным способом. Глубина формирования - 15-30 км, температура - 850-600 С. Месторождения флогопита (Алданский щит и др.), железа (Таежное, южная Якутия), лазурита (Прибайкалье, Памир, Афганистан).

Лазурит. Зональные скарны на контакте гранитных пегматитов (гр) и доломита (g). Лазоревая р., приток р. Мал. Быстрая, Слюдянка (район), Прибайкалье (ЮЗ), Россия. Образец: ФМ (№20998. Пост. 1925 г.). Фото: © А.А. Евсеев.

Лазурит. Мало-Быстринское м-ние, Слюдянский р-н, ЮЗ Прибайкалье, Россия. ~4х7 см. Образец: ФМ (№25200. Сбор музея, 1925). Фото: © А.А. Евсеев.

http://geo.web.ru/druza/l-Angara.htm

Стадийная гипотеза П. П. Пилипенко, согласно которой каждой стадии минералообразования в скарнах соответствуют свои специфические растворы, отражает ранние взгляды на процесс скарнообразования и здесь детально не рассматривается.

1) Ранние скарны: гранат, диопсид, волластонит, скаполит (700-600 С).

2) Гидросиликатные скарны: эпидот (500-450 С).

3) Железные руды: гематит, магномагнетит, Mg-хлорит, Cl-апатит, ангидрит, галит (400-300 С).

4) Низкотемпературные кварц-карбонатно-сульфидные жилы (300-200 С).

5) Карбонатные жилы с аметистом, гетитом, изредка - самородным серебром (менее 150 С).

Большой перепад температуры вызывает быструю кристаллизацию магнетита - происходит образование псевдооолитовых руд с размерами индивидов в доли микрона.

Месторождения Ангаро-Илимской группы, Тёйское (Кузнецкий Алатау).

Месторождение Тырныауз (Северный Кавказ) (известково-скарновое). Состав скарнов и руд: диопсид-геденбергитовый пироксен (с Mn), гроссуляр, везувиан, волластонит, амфибол, ильваит (CaFe₂Fe³⁺Si₂O₇(O,OH)), флюорит, плагиоклаз. Рудные: шеелит, молибдошеелит, молибденит (сидят в прожилках). Скарновые тела залегают на контактах между мраморами (лежачий бок) и биотитовыми роговиками (лежачий бок), реже внутри тех и других, а также на контакте интрузии лейкократовых гранитоидов с вмещающими породами. Шеелит ассоциирован со скарнами, молибденит сидит в поздних кварцевых прожилках в скарнах, роговиках, гранитоидах и мраморах.

К этой же группе относятся месторождения Чорух-Дайрон и Майхура (Средняя Азия), Санг-Донг (Корея)
3. Свинцово-цинковое оруденение (известковые скарны) приурочено к скарнам пироксенового (геденбергитового) состава (Дальнегорское месторождение). Оруденение развивается после образования скарновых тел.

Минеральный состав: рудные минералы - сфалерит, галенит, халькопирит, пирротин; сопутствующие - геденбергит, волластонит, кварц, кальцит, бораты. Следует отметить наличие радиально-лучистых ритмичных агрегатов волластонита и геденбергита, а также наличие гигантских пустот с великолепными кристаллами кварца, кальцита, сульфидов и боратов. Отложение рудных минералов сопровождается перекристаллизацией скарновых минералов или их замещением кальцитом, кварцем, актинолитом и эпидотом, т.е. гидросиликатной ассоциацией. Общим правилом зональности оруденения для свинцово-цинковых скарновых месторождений является обогащение галенитом верхних частей месторождений и возрастание с глубиной количества сфалерита, халькопирита, пирротина, появления магнетита. Галенит обогащен висмутом, а сфалерит - кадмием.

Хотя по доломитам известковые скарны не образуются, в условиях малых глубин в доломитовых контактах магнезиальные скарны магматического этапа подвергаются замещению известковыми скарнами с развитием по последним медного, редкометалльного и полиметаллического оруденения. Такие месторождения называют апомагнезиально-известковоскарновыми. Замена магния на кальций обусловлена снижением температуры скарнообразования и "выключением" магния из реакций минералообразования.

Месторождения железа: Леспромхозное, Темир-Тау (Горная Шория), Гороблагодатское (Урал), Коршуновское (Сибирь), Тёйское (Кузнецкий Алатау), Таежное (Якутия).

Месторождения меди: Турьинское (Урал), Саяк 1 (Казахстан), Бингхем (США). Обычно меденосные скарны слагают отдельные тела в пределах меднопорфировых месторождений и не имеют самостоятельного значения.

Месторождения молибдена и вольфрама: Тырны-Ауз (Кавказ) Лянгар, Ингичке (Узбекистан), Чорух-Дайрон (Таджикистан), Санг-Донг (Южная Корея).

Месторождения свинца и цинка (полиметаллические): Дальнегорское (Тетюхе), Николаевское (Южное Приморье), Алтын-Топкан (Узбекистан) и др.

Месторождения бора: Титовское и др. (Якутия), (проявления минералов бора характерны для многих скарновых месторождений).

Месторождения флогипита: Слюдянка (Прибайкалье), Гули, Ковдор.

Месторождения лазурита: Малобыстринское (Прибайкалье), Памир, Афганистан.

В скарнах встречаются также руды платины (Бушвельд), золота (Минас-Жераис, Бразилия), бериллия (МаунтУайлер, США), урана и тория (Мэри Кетлин, Австралия), графита (Ботогол, Восточный Саян), хризотил-асбеста и талька (Онот, Восточный Саян) и многих других видов сырья.
Скарны и руды.

Как правило, скарны являются лишь рудовмещающими породами, т. е. оруденение локализуется в них не из-за близкоодновременного образования, а по причине "удобства" (скарны - хрупкие породы, обеспечивающие при растрескивании место для отложения оруденения). Единственный тип собственно скарновых руд - метаморфогенный. Наиболее близким к скарновому процессу является отложение магнетита, основная масса которого откладывается все-таки в послескарновую гидросиликатную стадию. Таким образом, скарнообразование не связано генетически с рудообразованием. Это - два независимых процесса, пересекающихся в ряде геологических ситуаций. Образование скарнов, как правило, предшествует формированию руд и в ряде случаев создает благоприятную литолого-фациальную, петрофизическую, структурную и минералого-геохимическую обстановку.

Скарн (датолит, волластонит, геденбергит). Боросиликатное м-ние, Дальнегорск, Приморье, Россия. Ширина более 50 см. Образец: Мин. музей им.А.Е. Ферсмана РАН . Фото: © А.А. Евсеев.