metasomatism.ru

4. Горизонтальная метасоматическая зональность

По мере просачивания растворов в сторону от питающего канала их состав изменяется, все в большей степени приближаясь к равновесию с вмещающими породами. В результате интенсивность метасоматического преобразования пород затухает по мере удаления от растворподводящего структурного элемента. В общем случае в ореоле метасоматического изменения можно выделить интенсивно, умеренно и слабо измененпые породы. Казалось бы, естественно предположить, что уменьшение интенсивности метасоматического преобразования должно происходить постепенно и выражаться в увеличении количества первичных минералов по сравнению с вторичными. Однако теоретическое рассмотрение данного вопроса, проведенное Д. С. Коржинским (1951, 1952, 1953, 1969 и др.), показало ошибочность такого вывода. На основе метода теоретического моделирования Д. С. Коржинским была разработана теория метасоматической зональности (1969), являющаяся краеугольным камнем учения об околорудных метасоматитах. Наиболее важные выводы из этой теории применительно к изотермическому инфильтрационному метасоматозу следующие.

а. При просачивании растворов произвольного, но определенного состава, не изменяющегося во времени, через породу произвольного, по однородного состава, в результате инфильтрационного изотермического метасоматоза образуется колонка резко отграниченных зон качественно различного минерального состава.

б. Состав раствора изменяется не постепенно, а скачкообразно, причем такие изменения происходят на границах зон; в пределах зон состав породы и раствора остается постоянным.

в. Процессы замещения могут быть выражены только в изменении качественного минерального состава и осуществляются на границах зон.

г. По мере просачивания растворов происходит лишь пропорциональное разрастание колонки без изменения состава зон.

Важно подчеркнуть, что каждая более внутренняя зона разрастается за счет более внешней, в связи с чем при петрографических исследованиях устанавливается последовательное замещение парагенезисов более внешних зон парагенезисами более внутренних. Это обстоятельство долгое время рассматривалось в качестве аргумента в пользу представления о разновременности образования метасоматических зон под воздействием растворов различного состава. По-видимому, наиболее важным выводом из теории метасоматической зональности следует считать представление о метасоматической колонке как совокупности одновременно образовавшихся зон.

Отмеченные свойства метасоматической зональности относятся к случаю, когда порода име^т равномерную и однородную пористость, одинаково проницаема для растворов, во всех участках породы устанавливается равновесие между породой и воздействующим раствором, скорость фильтрации раствора существенно не меняется и т. д. Если же эти условия выполняются не полностью, строение колонки метасоматических зон усложняется. Например, неравномерная проницаемость ьород приводит к неравномерному разрастанию зон, особенно интенсивному в участках активной циркуляции. С неравномерной проницаемостью пород, резкими пульсирующими изменениями скорости фильтрации растворов связаны многочисленные случаи недостигнутого равновесия, выражающиеся в наличии частично замещенных минералов и отсутствии резких границ между метасоматическими зонами. Однако при внимательном изучении такие нарушения общей зональности нетрудно распознать. Больше того, наличие реликтовых участков, неполные замещения одних минералов другими оказывают песомпенпую услугу исследователю, позволяя быстрее разобраться в направленности происходящих реакций метасоматического замещения.

Изотермический диффузионный метасоматоз характеризуется следующими главными чертами.

а. При диффузионном метасоматозе, как и при инфильтрациопном, образуется колонка резко отграниченных зон качественно различного минерального состава.

б. В породах каждой из зон происходит непрерывное изменение концентрации компонентов в растворе, т. е. непрерывное изменение состава раствора.

в. Вследствие этого в пределах каждой из зон происходит непрерывное изменение состава минералов — твердых растворов и количественных соотношений минералов.

г. Процессы замещения в диффузионной метасоматической колонке выражаются как в изменении качественного минерального состава, происходящем на границе зон, так и в изменении количественных соотношений минералов, которые происходят в пределах зон.

д. По мере просачивания растворов (с течением времени) происходит или равномерное или прогрессивное разрастание зон; общая скорость разрастания колонки с течением времени замедляется.

Из анализа уравнений как инфильтрационной, так и диффузионной метасоматической зональности вытекает положение о наличии резких границ между зонами (Коржинский, 1951, 1952). Результаты изучения природных объектов подтверждают данный вывод. Особенно характерны резкие границы между метасоматическими зонами для высоко- и среднетемпературных метасоматитов — скарнов, грейзенов, альбититов и т. д.

Вместе с тем в природе встречаются многочисленные случаи метасомати-ческой зональности с недостаточно четкими расплывчатыми границами между зонами. Причинами этого являются: 1) изменение состава и температуры растворов во времени; 2) неравномерная проницаемость пород; 3) наложение на ранее сформированную зональность минеральных ассоциаций более поздних стадий минерализации; 4) низкая температура растворов, резко усиливающая влияние кинетического фактора и являющаяся причиной незавершенности реакций и сохранения в метасоматитах метастабильных минералов.

Все эти факторы, однако, лишь затушевывают, но не нарушают в целом общую тенденцию к образованию четких границ между зонами. Последние в ряде случаев отчетливо фиксируются даже в низкотемпературных околорудных метасоматитах. Особенно четкие границы между зонами отмечаются в случае значительного изменения окраски пород. Так, замещение хлорита карбонатом фиксируется по осветлению пород, при замещении тонкораспыленного гематита пиритом исчезает красная окраска и т. д.

Наиболее важное отличие инфильтрационных колонок от диффузионных заключается в следующем: для первых характерно постоянство состава породы и минералов в пределах каждой из зон, а для вторых в пределах каждой зоны изменяется количественный минеральный состав пород и соотношение компонентов в минералах переменного состава (например, амфиболов, хлоритов, карбонатов и др.). Этот признак является одним из наиболее важных критериев, позволяющих различать инфильтрационные и диффузионные колонки.

Анализ данных по околорудным метасоматитам позволяет заключить, что основные особенности метасоматической зональности, реально наблюдаемой в природе, в подавляющем большинстве случаев подчиняются законам инфиль-трационного метасоматоза. Элементы диффузионной зональпости обычно фиксируются в участках пониженной пористости и проницаемости. Случаи проявления чисто диффузионных колонок сравнительно редки. Примерами проявления диффузионного метасоматоза могут служить биметасоматические скарны (Жариков, 1959; Жариков, Власова, 1961).

Выше рассмотрены простейшие случаи зональности, к которым может быть сведена при некотором упрощении большая часть природных метасоматических колонок. Более сложным случаем является инфильтрационный метасоматоз в условиях температурного градиента. Для него характерны переменные соотношения минералов и переменный состав минералов твердых растворов,

Строение метасоматической колонки в грейзенизированных гранитах

Инертные компоненты

обусловленные изменением в пределах зон растворимости минералов вследствие температурного градиента.

Во всех случаях метасоматоза образование различных зон отражает различную степень изменения первичной породы от передовой зоны, состав которой определяется составом исходной породы, до последней, тыловой, зоны, состав которой зависит от состава раствора. По направлению к питающему каналу состав метасоматитов будет все больше зависеть от концентрации компонентов в растворе и все меньше определяться составом исходной породы. Следовательно, увеличение интенсивности метасоматического процесса выражается в изменении режима компонентов, в последовательном переходе их из инертного во вполне подвижное состояние, с чем и связано возникновение метасоматической зональности.

На границе каждой из зон происходит переход одного из компонентов во вполне подвижное состояние, т. е. происходит уменьшение числа минералов на единицу, следовательно, в общем случае число минералов по направлению от передовой зоны к тыловой будет последовательно уменьшаться. Минимальное число минералов согласно правилу фаз равно единице (ф = к_ин + 1; ф = 1 при к_ни = 0) в случае перехода во вполне подвижное состояние всех компонентоь.

Общее число зон z = к_ин + 1. Наиболее простым случаем будет наложение метасоматического процесса на породы, сложенные минералом, состоящим из одного инертного компонента. Переход его во вполне подвижное состояние вызовет образование мономинеральной зоны, сложенной вполне подвижным минералом. Так, наложение карбонатизации на кварцит во внешней зоне вызовет лишь перекристаллизацию кварца, а во внутренней — замещение его карбонатом. Соответственно (согласно формуле) мы будем иметь две метасомати-ческие зоны. В большинстве случаев, однако, метасоматические процессы накладываются на породы, сложенные несколькими инертными компонентами. Для примера рассмотрим зональность, нередко образующуюся при грейзени-зации лейкократовых гранитов.

Представим себе, что в трещину в гранитах произошло поступление грейзе-низирующего раствора. Просачиваясь в сторону от питающей трещины, раствор взаимодействует с гранитом. В результате в гранитах возникнет колонка метасоматических зон, отражающая последовательность преобразования гранитов под воздействием грейзенизирующих растворов (табл. 1). Совокупность-зон отражает последовательность преобразования гранитов. Число минералов в каждой зоне на единицу больше, чем число инертных компонентов, и уменьшается от внешних зон к внутренним вплоть до мономиперальной кварцевой зоны, где все компоненты вполне подвижны. Кварц в данном случае выполняет роль вполне подвижного минерала. Последовательность, в которой компоненты переходят во вполне подвижное состояние (в данном случае Mg, Fe, IS а, К, Al), носит название ряда подвижности компонентов.

Согласно следствиям, вытекающим из уравнений метасоматической зональности Д. С. Коржинского, все зоны метасоматической колонки должны возникать одновременно. Первоначально мощности зон должны быть ничтожно малыми. По мере просачивания растворов происходит разрастание (увеличение мощности) зон, причем тыловые зоны надвигаются на передовые, замещая их. Мощности внешних зон, как правило, значительно больше внутренних, что определяет очень важное металлогеническое значение именно внешних зон.

Как показывает изучение природных объектов, довольно часто встречаются метасоматические тела, в которых проявлены не все зоны колонки, причем уменьшение числа зон может происходить лишь за счет тыловых зон. Казалось бы, эти факты противоречат выводу об одновременности образования всех зон. Действительно, если бы образование всех зон происходило одновременно, то метасоматические тела отличались бы только мощностью, но не количеством зон. Однако это справедливо лишь в том случае, если бы во все точки пространства поступал раствор строго заданного состава. Если же в тектоническую зону поступит частично отработанный раствор, то равновесная с ним ассоциация будет отвечать составу более внешних зон. Этим можно объяснить наличие на одном эрозионном срезе метасоматических тел, характеризующихся как полным, так и неполным набором метасоматических зон.

Некоторыми исследователями механизм формирования метасоматической колонки трактуется по-иному. Так, С. А. Гулин (1969) считает, что процесс зарождения колонки начинается с возникновения ее передовой зоны, а затем последовательно формируются и все другие зоны. Сменяющие друг друга реакции, по мнению С. А. Гулина, представляют собой ступени перехода от неравновесных, но энергетически легче получаемых ассоциаций передовых зон. к равновесной, но энергетически более «труднодоступной» ассоциации тыловой зоны. Начиная же с момента образования ассоциации тыловой зоны, должно происходить одновременное разрастание зон колонки. Отличный от Д. С. Коржинского механизм формирования колонки предложен также В. С. Голубевым и В. Н. Шараповым (1971).

Однако следует подчеркнуть, что обязательность возникновения метасоматической зональности и вышеописанные закономерности строения метасо-матических тел признают все исследователи. Что же касается реально наблюдаемых в природе проявлений зонального строения метасоматических тел, то за более чем двадцатилетний срок изучения околорудных метасоматитов автору приходилось наблюдать большое разнообразие вариантов метасоматической зональности. Однако ни в одном случае автор не сталкивался с примерами, которые не получали бы убедительного объяснения с позиций теории метасоматической зональности Д. С. Коржинского. Следует лишь учитывать, что те или иные отклонения от стандартных схом связаны с неравномерной проницаемостью пород, изменчивостью растворов в пространстве и времени, наложением на метасоматиты более поздних минеральных ассоциаций, случаями протекания реакций с большим объемным эффектом и т. д. Это, конечно, не исключает целесообразности исследований в направлении развития и совершенствования теории метасоматической зональности.