Контактно-метасоматические процессы

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

Метасоматоз. Теория метасоматоза разработана Д.С. Коржинским. Метасоматические процессы – это процессы изменения химического состава породы путем замещения одних химических элементов и минералов другими при участии поровых растворов, которые растворяют одни минералы и отлагают другие. Сама порода при этом сохраняет твердое состояние и ее объем не изменяется. При метасоматозе реакция носит обменный характер как при сорбции. Например, при образовании турмалиновых грейзенов в Казахстане в породы привносились Mg, B, Fe, Al,O, OH, F, Cl и выносились из породы Na, K, Si, H₂O.

Различают метасоматоз по месту образования (гипергенный, гидротермальный) и по механизму миграции (инфильтрационный и диффузный).

В зоне гипергенеза, по В.В. Добровольскому, коллоидные минералы метасоматически замещают полевые шпаты и другие обломочные минералы. В известняках Ca замещается Mg с образованием доломита. В гумидном климате комплексные гидроксиды Fe и Mn замещают глинистые минералы, обломочные силикаты и алюмосиликаты, местами кварц. Метасоматоз менее характерен в аридном климате, где кальций замещает глинистые минералы.

Гидротермальный метасоматоз протекает при температуре 40 – 500°С. Он часто предваряет рудообразование. Основную роль выполняет инфильтрационный метасоматоз, захватывая толщу до 8 км. Диффузионный метасоматоз действует обычно в пределах нескольких метров, чаще они совмещаются. Реакция метасоматоза экзотермическая и сопровождается связыванием воды в силикатах (хлоритизация, серицитизация, каолинитизация). На метасоматоз влияет реакция среды, поэтому выделяют кислотное выщелачивание и щелочной метасоматоз.

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

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

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

Теория метасоматической зональности разработана В.А. Жариковым. Главные особенности инфильтрационного и диффузного метасоматоза сводятся к следующему:

· При просачивании растворов произвольного, но постоянного состава через породы произвольного, но однородного состава в результате изотермического метасоматоза образуется колонка резко отграниченных зон качественно различного минерального состава.

· В пределах инфильтрационных метасоматических зон состав породы и растворов остаются постоянными, на границах зон происходят скачкообразное изменение состава породы и раствора. В зоне действия диффузии состав раствора, породы и минералов изменяется непрерывно.

· Процессы замещения в инфильтрационных колонках выражаются в изменении качественного минерального состава на границе зон и количественных соотношений минералов в пределах зон.

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

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

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

Щелочной массив

I зона II зона III зона

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

Скарнообразование приводит к формированию скарнов – известково-магнезиально-железистых силикатов, которые возникают метасоматическим путем на контакте карбонатных вмещающих пород с перегретыми (чаще кислыми гранитоидами) породами с летучими компонентами. Происходит при замещении обоих пород (биметасоматоз по Д.С. Коржинскому) (рис).

Формирование скарна

Скарном называли шведские рудокопы пироксен – гранатово-эпидотовую породу. Это название сохранилось в геологической литературе. Они образуются на глубине 3–7 км, чему способствуют возникающие трещины контракции (усадки объема при остывании магматических пород). В зависимости от состава вмещающих карбонатных толщ образуются скарны двух типов: магнезиальные (доломит, мрамор) и известковые (известняки):

Магнезиальные	Известковые
Образуются минералы: при температуре 850–650°С	форстерит, флогопит, шпинель, диопсид, энстатит, периклаз, турмалин и др.	Образуются кальциевые силикаты при температуре 800–400°С	волластонит, гроссуляр, диопсид, эпидот, тремолит и др.

При развитии трещиноватости в них поступают гидротермальные растворы, которые отделяются при кристаллизации магматических пород. Они изменяют ранние и более поздние скарновые минералы. Cкарновые образования перекристаллизовываются. В скарны из гидротерм поступает шеелит Са[WO₄], молибденит – MoS₂, минералы Bе, Sn, Fe, Co, Pb, Zn, Cu, самородное золото.

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

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