Пневматолитово-гидротермальные и метасоматические процессы

Теперь перейдем к характеристике магматогенных постмагматических метасоматических процессов, идущих путем замещения одних минералов другими после кристаллизации магматического расплава и образования твердых магматических пород. Мы уже столкнулись с тем, что на поздних стадиях формирования пегматитов в них проявляется метасоматоз, т. е. замещение одних минералов другими - растворение и вынос (иногда частичный, иногда почти полный) ранних продуктов и отложение на их месте новых минералов, нередко с образованием псевдоморфоз (от прежнего минерала сохраняется лишь его внешняя форма) или сохранением реликтов исходных минералов, структур и текстур пород. Кроме того, происходит и прямое секреционное отложение вещества постмагматическими (пневматолитовыми и гидротермальными) растворами в полостях, возникших при трещинообразовании (гидротермальные жилы) или выщелачивании (гидротермокарст).

1.1.4.1. Альбитизация (образование апогранитов)

Апограниты (апо - после, «по гранитам») - метасоматические породы, образовавшиеся в результате постмагматического изменения (альбитизации) гранитов и других гранитоидов под воздействием кислых высокотемпературных растворов, богатых щелочами, отщепившихся при кристаллизации этих гранитоидов.

Очевидно, что сущность процесса - альбитизация, идущая с привносом большого количества натрия, вытесняющего калий из его соединений. Привнос этот осуществляется высокотемпературными растворами, т. е. летучими компонентами, которые при кристаллизации гранитоидов отделяются, но не уходят, а начинают воздействовать на неостывшие еще, но уже полностью кристаллические гранитоиды, изменяя («перерабатывая») их. В наибольшей мере такой переработке подвергаются апикальные (т. е. наружные, верхние) части массивов - выступы гранитных куполов, потому что именно сюда, в область пониженного давления, устремляются насыщенные летучими альбитизирующие растворы, обособляющиеся из еще кристаллизующихся более глубинных частей магматического очага. Как меняется при этом минеральный состав исходного гранита? Состав нормального гранита - кварц, калишпат, кислый плагиоклаз (альбит-олигоклаз), биотит и небольшое количество акцессорных минералов.

Альбитизация в первую очередь затрагивает калишпат и плагиоклаз:

K[AlSi₃O₈] + Na⁺ ® Na[AlSi₃O₈] + K⁺,

Ca[Al₂Si₂O₈] + 2Na⁺ + 4 SiO₂ ® 2Na[AlSi₃O₈] + Ca²⁺.

Биотит при этом обычно замещается мусковитом или хлоритом. Высвобождающийся при альбитизации плагиоклаза Са связывается во флюорите CaF₂ (F из раствора). Количество кварца или остается неизменным, или несколько снижается. В целом получается осветленная (альба - белый) порода, состоящая преимущественно из альбита и кварца, хорошо заметная на фоне неизмененных гранитов в виде пятен или линейных зон осветления, если альбитизирующие растворы поступали вдоль крупных протяженных трещин, тектонических нарушений. При этом альбитизация, как правило, сопровождается уменьшением зернистости - исходный среднезернистый биотитовый гранит становится мелкозернистой породой.

Помимо Na альбитизирующие растворы несут такие важные элементы, как Li, Rb, Be, Nb, Ta, Zr, Hf, TR. В апогранитах эти элементы накапливаются и нередко дают промышленно важные месторождения. Так, до 80 % Nb добывается из апогранитов Северной Нигерии. Апограниты - важный источник Ве, образующего в них такие минералы, как бертрандит Be₄[Si₂O₇](OH)₂ и фенакит Be₂[SiO₄], поэтому наряду с термином апограниты нередко используется нейтральный термин редкометальные граниты. Кроме того, в апогранитах в промышленных количествах встречаются пирохлор NaCaNb₂O₆F, циркон Zr[SiO₄], гадолинит Y₂FeBe₂{O[SiO₄]}.

Что касается калия, высвобождающегося при альбитизации калишпата, то значителная часть его, переходя в раствор, обычно выносится за пределы гранитоидного массива, во вмещающие породы, где заметно увеличивается количество слюды. Другая его часть, постепенно накапливаясь в растворе по мере связывания Na в виде альбита, может образовать амазонит - калишпат с высоким содержанием Rb (до 1,8 % Rb₂O) в виде крупнокристаллических гнезд, крупнокристаллических до гигантозернистых жил. Поскольку происходит переменное возрастание активности то калия, то натрия, вытесненный при образовании амазонита Na может позже вновь дать альбит, замещающий в виде каемок и по трещинам кристаллы амазонита.

Грейзенизация

Грейзены - это метасоматические постмагматические породы, которые образуются при воздействии пневматолитово-гидротермальных растворов, отделившихся при кристаллизации гранитной магмы, на алюмосиликатные породы, в первую очередь - сами гранитоиды.

Определение очень похожее на определение апогранитов. И там метасоматоз, и здесь объектом изменения являются ранее кристаллизовавшиеся граниты. В чем разница этих процессов?

Во-первых, подчеркивается пневматолитово-гидротермальный характер изменения: пнеума означает газ, то есть часть реакций может идти под воздействием газообразных летучих компонентов - таких, как НF, НCl, B₂О₃. Это очень сильные реагенты, создающие сильнокислую среду, которая способствует глубокой переработке пород с явлениями растворения и выноса (выщелачивания) даже таких стойких минералов, как кварц (SiO₂ + 4HF ® SiF₄­ + 2H₂O). Во-вторых, грейзенизация происходит при высокой активности калия, и потому при тех же исходных гранитоидах возникает иная ассоциация минералов: кварц легко растворяется и переотлагается, хотя общее его количество возрастает, что видно из реакции замещения калишпата мусковитом и топазом:

калишпат мусковит топаз кварц

5K[AlSi₃O₈] + 3HF ® KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH,F)₂ + Al₂F₂[SiO₄] + 11SiO₂ +

2K₂O + H₂O.

При грейзенизации самым чувствительным минералом гранита является биотит - он в первую очередь замещается мусковитом; следом за ним мусковитом же замещаются полевые шпаты (калишпат, реакция приведена выше, и кислый плагиоклаз, кальций которого тут же связывается фтором с образованием флюорита). Таким образом, в результате грейзенизации гранит превращается в кварц-мусковитовый агрегат - породу серого цвета (грей - серый), содержащую минералы, богатые летучими: фтором - топаз, флюорит, мусковит; бором - турмалин. Вместе с летучими при грейзенизации приносятся такие элементы, как Sn, W, Be, Mo, Bi, Ta, Nb. Поэтому в грейзенах наряду с отмеченными минералами образуются касситерит SnO₂, танталит–колумбит (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆, берилл Al₂{Be₃[Si₆O₁₈]}, вольфрамит (Fe,Mn)WO₄, молибденит MoS₂, висмутин Bi₂S₃, арсенопирит FeAsS.

Так же, как и апограниты, грейзены образуются преимущественно в апикальных частях гранитных массивов и нередко - во вмещающих граниты породах, если это породы алюмосиликатные (сланцы, гнейсы). При грейзенизации нередко возникают штокверки - неправильная сеть, сплетение кварцевых жил, окруженных грейзенизированной породой. Эти жилы представляют собой бывшие трещины, по которым происходило движение пневматолитово-гидротермальных растворов, а затем они заполнялись кварцем, мусковитом, частично даже калишпатом, переотложенным из окружающих участков пород, подвергшихся грейзенизации. Поэтому такие жилы содержат те же характерные минералы грейзенов - топаз, берилл, флюорит, турмалин и все остальные, упомянутые выше рудные минералы. Они являются свидетельством того, что высокотемпературный (600–375 ^оС) процесс грейзенизации во времени без перерыва сменяется высокотемпературным (375–250 ^оС) гидротермальным процессом.

Остановимся на временном соотношении грейзенов и апогранитов. Для этого надо принять во внимание зависимость активности K и Na от кислот ности-щелочности среды и тем­пературы (рис. 15). Из этого графика видно, что К и Na попеременно активны, как это уже было отмечено для апогранитов. Но минералы при этом возникают различные. Образование боль­шо­го количества мусковита про­исходит после альбитизации в более кислой среде.

Действительно, нередко грей­­зены накладываются на апограниты, и общую последовательность уже рассмотренных магматогенных процессов можно выразить так: кристаллизация гранитов ® пегматиты ® апограниты ® грейзены ® гидротермальный процесс. Эта последовательность отвечает общему снижению температуры.

Однако, прежде чем перейти к следующему по температуре гидротермальному процессу, остановимся на явлениях, сопровождающих кристаллизацию магмы, которые происходят во вмещающих массив породах и в его приконтактовой части.