Геологические особенности скарновых месторождений

Отмечается большое разнообразие скарновых тел. Это пластообразные залежи, линзы, штоки, трубы, жилы и жилообразные тела, гнезда, сложные комбинированные залежи.

По составу исходных пород скарны разделяются на три типа: известковые, магнезиальные и силикатные. Известковые скарны наиболее распространены и образуются по известнякам. Их состав: гранаты ряда гроссуляр-андрадит и пироксены ряда диопсид-геденбергит. Иногда широко развиты везувиан, волластонит, скаполит, амфибол, эпидот. Магнезиальные скарны более редки. Они возникают при замещении доломитов и состоят из диопсида, форстерита, шпинели, флогопита, серпентина и реже других минералов. Силикатные скарны относятся к редким образованиям, они формируются по гранитоидам, порфирам и их туфам, траппам, аркозовым песчаникам и алевролитам. Типоморфным минералом для них является скаполит.

Преобладающими текстурами являются полосчатая, пятнистая, массивная, гранобластовая, волокнистая.

Скарнам свойственно зональное строение. Обобщенная модель зональности имеет следующий вид: гранитоиды неизмененные и осветленные мусковитизированные, эндоскарны гранатового состава с эпидотом и плагиоклазом, экзоскарны пироксен-гранатовые, скарны гранатовые, скарны пироксеновые, известняки мраморизованные, сменяющиеся неизмененными известняками (рис.).

Геологические условия образования

Скарновые месторождения тесно связаны с изверженными породами:

1. формацией плагиогранитов ранней стадии геосинклинального развития, с которой ассоциируют месторождения Fe, Cu и Co;

2. формацией гранодиоритов средней стадии связаны шеелитовые залежи;

3. формацией малых интрузий гранитоидного состава поздней стадии геосинклинального развития, по составу полезных ископаемых это обычно комплексные вольфрам-молибденовые или свинцово-цинковые месторождения;

4. трапповой формацией платформенного этапа развития, с ней связаны железорудные месторождения.

Скарновые месторождения формировались на всем протяжении развития земной коры. Отмечается тяготение некоторых крупных месторождений к герцинскому времени.

Скарновые месторождения не образуют непрерывного кольца вокруг интрузивов. Они образуются там, где магматический контакт пересекает породы, благоприятные для скарнообразования при наличии геологических структур, обеспечивающих этот процесс. Наиболее благоприятными для развития скарнов являются карбонатные породы, а затем известковистые эффузивы и их туфы, причем более всего способствуют процессу не однородные толщи, а их переслаивание с породами иного состава. Благоприятными геологическими структурами для скарновых месторождений являются: поверхность контакта интрузий, слоистость вмещающих пород, складчатые и разрывные нарушения.

По соотношению процессов образования руд и скарнов выделяют три типа. Они образуются одновременно в течение единого генетического процесса. К ним принадлежит большая часть магнетитовых, боратовых и графитовых месторождений. В этом случае контуры рудных тел совпадают или являются близкими к контурам скарнов. Тип сопровождающего оруденения – оруденение непосредственно сменяет скарнообразование. Руды занимают часть объема скарнов. Примером могут служить некоторые залежи магнетита, боратов, вольфрамовые и оловорудные месторождения. Тип наложенного оруденения – оруденение связано с процессами поздней флюидно-водной стадии скарнообразования. К нему принадлежит большинство месторождений кобальта, меди, свинца, цинка, золота, олова, тория и урана. Скарны в этом случае являются вмещающими породами. Контуры рудных тел не совпадают с очертаниями скарновых залежей. Таким образом, скарнообразование не связано генетически с рудообразованием. Это два независимых параллельных процесса, пересекающихся в некоторых геологических ситуациях. Образование скарнов, как правило, предшествует формированию руд и в ряде случаев создает благоприятную обстановку.

Физико-химические условия образования

Скарны образуются в результате комбинированного воздействия тепла интрузий и горячих минерализованных газово-жидких растворов.

Под воздействием тепла вмещающие породы испытывают термальный изохимический метаморфизм. По сланцам образуются контактовые роговики, по песчаникам – кварциты, по известнякам – мраморы. Зоны этих пород сплошным ореолом развиваются вокруг интрузий на любой глубине и при любом давлении.

• Под влиянием флюидов, выделявшихся из затвердевавшей интрузии, в ее эндо- и экзоконтактах протекали метасоматические процессы, образовавшие скарны. Эти явления происходили на небольших глубинах, где внутреннее флюидное давление было в состоянии преодолеть внешнюю литостатическую нагрузку. Оптимальный диапазон глубин скарнообразования 0,5 – 2,5 км.

• Большинство скарновых месторождений формировалось в широком интервале температур при их снижении к концу процесса. Начальная температура около 900 °С, а завершался этот процесс при среднетемпературном гидротермальном режиме (около 300 °С).

• Генезис

• Происхождение скарнов и скарновых месторождений наиболее детально рассматривается в двух гипотезах – инфильтрационно-диффузионной, разработанной Д.С.Коржинским, и стадийной, предложенной П.П.Пилипенко.

• Инфильтрационно-диффузионная гипотеза базируется на концепции биметасоматоза, объясняющей природу процессов, происходящих на разогретом контакте интрузивных пород и известняков. Здесь возникает неравновесная химическая система. Начинается встречно-диффузный отток элементов из областей их повышенных концентраций. На фронтах подобных миграций происходят обменные реакции. При разной подвижности элементов в направлении к фронту диффузии будет происходить понижение их концентраций с различной скоростью, обуславливая зональность минеральных парагенезисов.

• Концепция биметасоматоза обладает следующими недостатками: 1) баланс кремнезема и СаО для скарнов, формировавшихся в известняках и в гранитоидах, не может быть обеспечен диффузным переносом вещества, нужен дополнительный привнос этих компонентов; 2) нельзя объяснить образование скарнов, залегающих исключительно среди силикатных или карбонатных или вообще удаленных от интрузии; 3) в предложенной схеме нет места для рудных месторождений.

В дальнейшем концепция биметасоматоза была преобразована Д.С.Коржинским в инфильтрационно-диффузионную гипотезу. В новой модели скарнового процесса предполагалось, что месторождения формируются в связи с циркуляцией горячих растворов, выносимых как из глубинных магматических очагов, так и заимствованных из пород на путях движения этих растворов. Как считает Д. Коржинский, основная масса скарнов образована биметасоматическим способом, а рудные месторождения связаны с мощным воздействием постмагматических растворов, циркулировавших в трещинных зонах. Тем не менее, и этот вариант гипотезы не объясняет причин разнообразия рудных минералов в скарнах и не увязывает стадийность скарнового процесса и рудообразования.

• Согласно стадийной гипотезы П.П.Пилипенко, считается, что главная масса вещества скарнов и руд привносится извне растворами. По мере снижения температуры состав привносимых веществ менялся, обуславливая минеральную зональность. Предполагается, что метасоматические процессы протекали в шесть стадий:

• кремневая стадия – привнос кремния при высокой температуре приводил к образованию диопсидовых пород;

• алюмосиликатная осуществлялась в обстановке привноса кремния и алюминия и завершалась формированием гранатов и пироксенов;

• галоидная протекала в условиях поступления хлора и появления скаполита;

• железная отличалась привносом железа и выделением его в форме закисных и окисных соединений.

• В течение этих стадий формировались безводные скарны. Далее флюидный режим резко менялся. В пятую флюидно-водную стадию поступали вода и углекислота и возникали породы, состоящие из роговой обманки, эпидота, иногда с примесью шеелита и кальцита. Процесс завершала сульфидная стадия, в течение которой при низких температурах и постоянном привносе Н₂О, Н₂ и металлов образовывались сульфиды и сульфосоли.

• На основании геологических данных и экспериментальных разработок в настоящее время модель скарнового процесса представляется в следующем трехстадийном виде:

• Контактовый изохимический метаморфизм протекает при температуре 900-650 °С, образуются сплошным ореолом безрудные диопсидовые роговики и мраморы.

• Ранняя скарновая стадия проявляется спорадически, занимая примерно 1/10 периметра интрузии. При температурах 650-400 °С возникали «сухие» безводные темные эндо- и экзоскарны, состоящие из пироксенов, гранатов, скаполита, геденбергита, магнетита, гематита.

• Поздняя флюидно-водная стадия протекает с участием Н₂О, Н₂, СО₂, хлоридов и комплексных соединений металлов при температурах 450-300 °С. Образуются роговая обманка, эпидот, кальцит, сульфиды и сульфосоли.

• Рудные формации

• 1.Железорудная формация.

• 2. Формация шеелитоносных скарнов с молибденитом.

• 3. Меднорудная формация.

• 4. Полиметаллическая формация.

• 5. Формация оловорудных скарнов.

• 6. Месторождения бора.

• Здесь перечислены только наиболее значительные промышленные типы месторождений, залегающие в скарнах. Помимо отмеченных, в скарнах встречаются руды золота, платины, бериллия, ниобия, урана и тория, графита, хризотил-асбеста, талька и многих других видов минерального сырья.