Метасоматиты, равновесные с кислыми растворами

Кислотный метасоматизм (или кислотное выщелачивание) при­водит к образованию грейзенов, цвиттеров, слюдитов, березитов, лиственитов, серицитолитов, вторичных кварцитов, аргиллизитов и других метасоматитов. Сущность кислотного выщелачивания за­ключается в интенсивном выносе оснований (Fe, Mg, Ca, Na, К) и образовании в зонах максимального метасоматического измене­ния минералов, сложенных наиболее кислотными компонентами: кремнеземом и глиноземом, в предельном случае — одного кварца.

К кислотным метасоматитам приурочено редкометальное ору-денение (Be, Sn, W, Mo), медь, драгоценные металлы и глиноземи­стое сырье.

По Т— рН условиям процесса метасоматиты кислотного выще­лачивания объединяются в три главные фации: 1) филлизитовую (грейзены, цвиттеры, слюдиты, березиты, серицитолиты, листвени-ты); 2) вторичных кварцитов и 3) аргиллизитовую.

Филлизитовая фация

Термин филлизит был впервые предложен К.Бэрнемом в 1962 г. для семейства метасоматитов, обогащенных листовыми силиката­ми (слюдами). К филлизитовой фации относятся продукты средне-и низкотемпературного метасоматизма, возникающие под воздей­ствием кислых (рН = 3—5) растворов. Характерными минералами филлизитов являются серицит, мусковит, лепидолит, циннваль-дит и другие слюды.

В среднетемпературных условиях формируются грейзены, цвит­теры и слюдиты, равновесные с кислыми (рН = 3-5) хлоридно-фторидными растворами, содержащими литий и бор. Типоморфны-ми минералами этих пород являются литийсодержащие слюды, флюорит и топаз.

Низко-среднетемпературные филлизиты представлены берези-тами, серицитолитами и лиственитами (табл. 5.1). Они формируют­ся под воздействием кислых (рН = 4-5) растворов, обогащенных уг­лекислотой и обедненных фтором. К типоморфным минералам этих пород, кроме листоватых силикатов (серицита, мусковита, фуксита), относятся карбонаты: кальцит, анкерит, доломит, магнезит-сидерит.

Часть V. Петрография и петрология метасоматических горных пород

5.1.1. Грейзены

Грейзены - это метасоматиты, сложенные кварцем, слюдами и (или) топазом. Термин грейзен издавна использовался немецки­ми горняками для обозначения серых фанитов с вкрапленностью касситерита (grausen — серый на нижнегерманском диалекте).

Исходные породы. Грейзены образуются при метасоматичес-ком изменении фанитоидов, кислых вулканитов, алюмосиликат-ных осадочных и метаморфических пород.

Условия залегания метасоматитов. Грейзены ассоциируют с плу-тонами лейкократовых фанитов, верхние кромки которых в мо­мент формирования располагались на глубинах от 1.5 до 4.0 км. Метасоматиты развиваются вблизи апикальных частей интрузи­вов, как в самих фанитах, так и во вмещающих породах. Могут быть выделены сплошные зоны приконтактовой фейзенизации площадью до 10 км² и мощностью до 300-400 м и локальные фей-зеновые тела жильной, пластовой, трубообразной и неправильной формы протяженностью в десятки—сотни метров, мощность кото­рых обычно не превышает нескольких метров.

Минеральный состав. Главными типоморфными минералами фейзенов являются слюды, кварц, топаз и реже альбит. К второсте­пенным и акцессорным минералам относятся новообразованный K-Na полевой шпат, флюорит, берилл, касситерит, вольфрамит. Реже встречаются андалузит, корунд и фанат спессартин-альман-динового ряда.

Количественный минеральный состав фейзенов изменчив, что было положено Р.Кюне (1970 г.) в основу их классификации (рис. 5.1). Преобладают слюдяно-кварцевые и кварц-слюдяные разности с количеством слюды от 15 до 60 об.%, реже встречаются кварцевые и топазсодержащие фейзены. Редкие породы с андалу­зитом и корундом, которые пространственно связаны с малыми интрузивами фанит-порфиров, являются промежуточным звеном между фейзенами и вторичными кварцитами.

Слюды фейзенов представлены мусковитом-фенгитом содер­жащим парагонитовую (натриевую) молекулу, или лепидолитом Доля фтора в слюдах всегда значительна и достигает в мусковите 2.5-3.0 мас.%, а в лепидолите 8.0 мас.%. Мусковит обычно представ­лен несколькими разновидностями. Ранний мусковит псевдоморф-но замещает листочки биотита исходных фанитов и часто содержит ориентированные по направлению плоскостей совершенной спай-

5. Метасоматиы, равновесные с кислыми рас творами

Рис. 5.1. Систематика грейзенов по количест­венному минеральному составу, Р.Кюне 1970 г. 1-13 — грейзены: I — слю­дяные, 2 — кварцевые, 3 — топазовые; 4 — кварц-слю­дяные; 5 — слюдяно-квар-цевые, 6 — топазо-кварце-вые; 7 — кварц-топазовые; 8 — слюдяно-топазовые; 9 — топаз-слюдяные; 10 — то-паз-слюдя но- кварцевые; 11 — слюдяно-топаз-квар-цевые, 12 — кварц-топазо-слюдяные, 13 — кварц-слю-дяно-топазовые

ности включения рутила, флюорита и пирита, возникшие за счет компонентов биотита. Более поздняя разновидность мусковита в виде чешуек различного размера входит в слюдяно-кварцевые псевдоморфозы по полевым шпатам и корродируется топазом и по­здним кварцем.

Кварц представлен двумя, а иногда и большим количеством ге­нераций. К раннему кварцу относятся крупные изометричные зер­на, которые, видимо, образуются за счет грануляции и последующей собирательной перекристаллизации кварца исходных гранитои-дов. Поздний кварц — это мелкие причудливой формы выделения со ступенчато-извилистыми границами, замещающие вместе с му­сковитом полевые шпаты. Кварц II переполнен газово-жидкими включениями с высокой минерализацией. Содержание NaCl и дру­гих компонентов во включениях иногда достигает 20—40 мас.%.

Топаз наблюдается в виде зернистых агрегатов, кучных грано-бластовых скоплений, игольчатых или призматических кристал­лов и микрозернистых выделений сферолитового строения. Топаз относится к фтористой разновидности с 13—18 мас.% фтора.

Плагиоклаз грейзенов представлен альбитом (Аn_|1-9), полевые шпаты (микроклин, реже ортоклаз) развиты во внешних зонах ме-тасоматических колонок или слагают поздние прожилки.

Турмалин (шерл) обычно окрашен в зеленовато-синий цвет и резко плеохроирует от светло-коричневого по N_p до зелено-сине-

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород_

го по Ng. Он приурочен к внешним зонам и является более поздним по отношению к слюдам и кварцу.

Химический состав. Грейзенизация сопровождается привносом воды, Si, F, Li и реже В. Так, если среднее содержание воды в неиз­мененных гранитах составляет 0.6-0.7 мас.%, то в грейзенах оно до­стигает 2.3-3.0 мас.%, в среднем составляя 1.0мас.%. Количество фто­ра, важнейшими концентраторами которого являются топаз и слюды, возрастает от 0.1 -0.2 маc. % в гранитах до 4.8 маc. % в топазовых грей­зенах. Привнос SiO₂ при грейзенизации устанавливается во всех слу­чаях, кроме мусковитовых грейзенов, в которых количество кремне­зема по сравнению с исходными гранитами несколько снижается. В кварцевых грейзенах содержание SiO₂ максимально и достигает 89-94 мас.%. Литий и калий в начале процесса обычно накаплива­ются в слюдах, а на конечных его стадиях выносятся вместе с алюми­нием. Кальций и магний при грейзенизации выносятся.

Таким образом, для грейзенизации характерен привнос Н⁺, F, Si, а также Li и В и вьшос Са и Mg, к которым может добавляться Na и К при наиболее интенсивном изменении.

Внешний облик. Благодаря обилию слюды, флюорита, топаза грейзены легко определяются уже при макроскопическом изучении. От близких по минеральному составу слюдяно-кварцевых мета­морфических пород они отличаются беспорядочным расположени­ем чешуек слюды, сохранением реликтовых минералов, структур и текстур исходных пород, присутствием многочисленных прожил­ков, сложенных слюдами, кварцем и другими минералами. Грейзе­ны окрашены в светло-серый, серый, зеленовато-серый и зеленый цвета, присутствие топаза придает им голубоватый оттенок. Текс­туры метасоматитов разнообразны и во многом зависят от строения исходных пород. Наиболее типичны массивная текстура, а также по­лосчатая, пятнистая, брекчиевидная, плотная и ноздревато-пори­стая текстуры.

Микроструктуры грейзенов зависят от интенсивности метасома­тизма. Можно проследить постепенные переходы от бластограни-товой, бластопорфировой и бластопсаммитовой структур к гете-робластовой, грано- и лепидобластовой, гломеробластовой и нематогранобластовой. Гранобластовая структура типична для кварцевых и топазовых грейзенов. Гломеробластовая структура оп­ределяется наличием скоплений зерен одного минерала, напри­мер, топаза или флюорита. Турмалин-кварцевые грейзены обла­дают нематогранобластовой структурой.

5. Метасоматиы, равновесные с кислыми растворами

Стадийность и зональность метасоматитов. Последовательность замещения новообразованными минералами наиболее отчетливо устанавливается при фейзенизации фанитов. Прежде всего стано­вится неустойчивым биотит, который превращается в афегат муско­вита, магнетита и флюорита. Олигоклаз испытывает деанортитиза-цию, а позднее замещается мусковитом. Этот процесс начинается с образования мелких чешуек слюды, которые проникают в альбит по спайности и двойниковым швам или заполняют многочисленные разветвляющиеся трещины катаклаза, а заканчивается развитием неполных псевдоморфоз мусковита по кристаллам плагиоклаза. Од­новременно происходит замещение пертитовых вростков в калиш-пате фанитов. Структура пород на этой стадии изменения еще может быть названа гапидиоморфнозернистой. В порфировидных фанитах мусковитизации сначала подвергаются крупные выделения полево­го шпата, а затем плагиоклаз основной массы. При нарастании ин­тенсивности процесса плагиоклаз становится неустойчивым и поч­ти полностью замещается афегатом позднего мусковита и кварца причудливой формы с зубчатыми ограничениями мелких зерен.

По иному протекает разложение K-Na полевого шпата. На пер­вом этапе он испытывает перекристаллизацию и частичное замеще­ние пластинчатым кварцем, проникающим по ослабленным на­правлениям в полевой шпат и как бы клиньями расчленяющим его. В дальнейшем полевой шпат испытывает альбитизацию и толь­ко после этого замещается кварц-мусковитовым афегатом. Таким образом, имеет место избирательное замещение полевых шпатов му­сковитом и относительная устойчивость калиевого полевого шпа­та в кислотных растворах. Окончательное разложение калиевого полевого шпата фиксирует переход от фейзенизированных фани­тов к кварц-мусковитовым грейзенам с фанолепидобластовой структурой.

Итак, последовательность замещения магматических минералов

фанитов такова:

Би → Пл→ Кш.

При дальнейшем усилении фейзенизации становится неустой­чивым мусковит, который замещается кварцем и топазом; при этом формы топазовых выделений могут быть самыми разнообразными: зерна, порфиробласты с многочисленными ответвлениями, звезд­чатые скопления игольчатых или призматических кристаллов. Грей-зены с пятнистыми выделениями топаза обладают гломеробласто-вой, порфиробластовой или нематобластовой структурами. В зонах

______ Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород____

максимального изменения формируются кварцевые грейзены с гра-нобластовой структурой, в которых топаз сохраняется редко и име­ет вид разобщенных и корродированных реликтов, иногда еще со­храняющих единую оптическую ориентировку. Одним из наиболее поздних минералов грейзенов является флюорит, кристаллы кото­рого обладают причудливыми формами и цементируют мусковит и кварц поздних генераций. В конечном итоге грейзенизация при­водит к образованию кварца или агрегата кварца и слюды.

В кварцевых и кварц-топазовых грейзенах нередко отмечается поздняя генерация мусковита, который в виде тонких чешуек запол­няет пустоты и прожилки или интенсивно корродирует зерна топа­за. Появление позднего мусковита, скорее всего, связано с пониже­нием кислотности растворов.

Метасоматическая зональность наиболее отчетливо выражена в жильных грейзеновых телах, которые имеют симметричное стро­ение относительно осевых жил или рудоконтролирующих трещин. В крупных грейзеновых куполах зональность асимметрична по от­ношению к апикальной поверхности гранитов и выражена менее от­четливо.

Типичная метасоматическая колонка была изучена в районе Кураминского хребта Г.А.Лисициной и Б.И.Омельяненко в 1961 г.

0. Гранит: Кв + Кш + Ол + Би + Мт

1. Кв + My + Km + Аб + Мт

2. Кв + My + Кш + Аб

3. Кв + Му + Кш
4а. Кв + My

46. Кв + То

5. Кв

Этот пример отражает тенденцию к образованию существенно кварцевых метасоматитов во внутренних зонах. Породы зон 1-3 относятся к грейзенизированным гранитам, а зоны 4-5 являются собственно грейзенами. Кварц-топазовая зона 46 во многих случа­ях не образуется. Между внешними более мощными зонами ко­лонки наблюдаются расплывчатые постепенные переходы Внутрен-ние маломощные зоны характеризуются относительно четкими

границами.

В тылу метасоматической колонки может возникнуть и муско -

витовая зона. Подобные грейзены образованы по редкометальным

гранитам, были изучены В.И.Коваленко (1969 г).

0. Гранит

5. Метасоматиы, равновесные с кис

1. Кв + Кш + Аб + Би + My

2. Кв + Кш + Аб + My

3. Кв + Аб + My

4. Кв + My + Флю

5. My + Флю

Для редких андалузитовых грейзенов Дальненского гранитно­го плутона Казахстана Д.М.Захаровой (1956 г.) описана оригиналь­ная метасоматическая колонка, в которой андалузит занимает ме­сто топаза:

0. Биотитовый гранит

1. Кв + Кш + Пл + Би + My

2. Кв + Кш + Пл + My

3. Кв + Му + Кш

4. Кв + My + Анд

5. My + Анд

Если грейзены развиваются по гранитоидам повышенной основ­ности, то фронтальная зона метасоматических колонок часто быва­ет сложена кварц-хлоритовыми пропилитами.

Центральные части зонально построенных грейзеновых тел, содержащих мономинеральные кварцевые зоны, нередко пересече­ны гидротермальными жилами, которые являются более поздними образованиями по сравнению с фейзенами. Ответвления этих жил пересекают различные зоны метасоматических колонок.

Жилы преимущественно сложены кварцем и в значительно меньшем количестве слюдами мусковит-жильбертитового ряда, хлоритом, альбитом и ортоклазом. К жильбертитовой оторочке жил приурочены скопления берилла, вольфрамита и висмутина. Обра­зование жил обусловлено теми же кислотными растворами, кото­рые привели к возникновению фейзенов, а затем существенно из­менили свой состав и кислотность-щелочность при взаимодействии с вмещающими породами и при понижении температуры.

5.1.2. Цвиттеры

К цвиттерам относятся метасоматиты, содержащие Fe-Mg ли­тиевые слюды и топаз. Первоначально термин цвиттер применял­ся чешскими рудокопами для гранитов, кварцевых порфиров и гнейсов, несущих оловянную и вольфрамовую минерализацию.

Цвиттеры образуют линзовидные, пластовые или жильные те­ла и залежи в апикальных частях куполовидных выступов фанит-

______ Часть У- Петрография и петрология метасоматических горных пород____

ных плутонов, обогащенных Li и F, и крайне редко формируются в породах экзоконтакта.

Главными минералами цвиттеров являются слюды ряда цинн-вальдит-протолитионит-сидерофиллит, кварц, топаз и реже флю­орит. К характерным второстепенным и акцессорным минералам относятся касситерит, вольфрамит и колумбит.

Состав слюды в цвиттерах в значительной мере зависит от соста­ва этого минерала в гранитах, по которым развивались метасомати-ты, однако всегда слюды содержат больше фтора и лития, чем му­сковит из грейзенов.

Для топаза цвиттеров также характерно обогащение фтором. Например, содержание фтора в топазе кварц-топазовых цвиттеров достигает 17-19 мас. %. Увеличение содержания фтора существен­но изменяет оптические свойства топаза: угол оптических осей воз­растает до 2V = +62°, а показатели преломления уменьшаются (n_g= 1.621-1.627, п_р = 1.610).

Структуры и текстуры у цвиттеров такие же, как в грейзенах. Те­ла цвиттеров обладают метасоматической зональностью. Для Мон­голии она описана В.И.Коваленко и др. (1969 г.):

0. Гранит: Кв + Кш + Пл + Би + Мт + Флю

1. Калишпатизированный гранит: Кв + Кш + Би + Топ + Флю+
+ РМ

2. Кв + Цин + Топ ± Флю ± РМ

3. Кв + Топ ± Флю ± РМ

4. Кв ± Флю ± РМ

Слюдиты

Слюдиты — это метасоматиты, в составе которых преобладают слюды и флюорит.

Исходные породы. Слюдиты образуются при воздействии на обогащенные кальцием и магнием известняки, скарны, габброиды и серпентиниты тех же среднетемпературных кислотных раство­ров, которые приводят к развитию грейзенов по кварц-полевошпа­товому протолиту.

Условия залегания метасоматитов. Слюдиты приурочены к экзо-контактовым зонам лейкогранитов, испытавших грейзенизацию (рис. 5.2). Они имеют форму куполовидных или неправильных за­лежей, окаймляющих гранитные плутоны, а также линейных зон, крутопадающих тел трубчатой формы и жил со сложными морфо­логией и внутренним строением. При интенсивном развитии мета-720

5. Метасоматиы, равновесные с кисл

ыми растворами

Рис. 5.2. Геологический разрез через зону грейзенизации, по М.Г. Руб (1957 г.)

1 — порфириты, 2 — слюдиты; 3,4 — грейзены: 3 — кварц-слюдяно-топазовые, 4 — кварц-топазовые; 5 — грейзенизированнне граниты; 6 — известняки

соматизма отдельные зоны и прожилки сливаются, образуя слож­но построенные ореолы полосчато-пятнистой текстуры с чередо­ванием тонких полос метасоматитов различного состава. Мощ­ность отдельных жил и залежей слюдитов невелика и обычно измеряется десятками сантиметров—десятками метров. По прости­ранию и падению слюдиты прослеживаются на сотни метров.

Генетическое единство слюдитов и грейзенов быдо доказано М.Г.Руб (1956 г.), И.Н.Говоровым (1960 г.) и другими исследовате­лями, которые наблюдали в эндоконтактовых зонах гранитов, пре­вращенных в топазовые грейзены, участки флюоритовых слюдитов, образующихся при полном или частичном замещении ксенолитов известняков.

Минеральный состав. Минеральный состав слюдитов, возни­кающих по исходным породам различного состава, приведен в таб­лице 5.1.

Слюдиты по известнякам состоят из преобладающего флюори­та, слюд, которые могут быть представлены мусковитом, циннваль-дитом или протолитонитом, и минералов из группы хрупких слюд — Маргарита и эфесита. Кроме того, в число главных минералов ино­гда входят топаз, хризоберилл и фенакит. Эти минералы вместе с турмалином и криолитом чаще присутствуют в качестве второсте­пенных. В слюдитах внешних зон становится типичным альбит. Среди реликтовых минералов постоянно отмечается кальцит.

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород

Примечание. Последовательность расположения главных минералов в таблице сверху вниз от наиболее распространенных.

Слюдиты по известковым и магнезиальным скарнам отлича­ются уменьшением содержания флюорита, изменением состава слюд и комплекса второстепенных и реликтовых минералов.

5. Метасоматиы, равновесные с кислыми растворами

Метасоматиты по ультрабазитам почти нацело состоят из фло­гопита, реже талька. Характерным Ве-содержащим минералом апо-серпентинитовых слюдитов является изумруд. В центральных час­тях жил или залежей слюдитов этого типа часто наблюдаются линзовидные выделения и прожилки плагиоклазитов, окруженные оторочками Маргарита или мусковита, а также скопления мускови­та, флюорита, топаза и берилла, т.е. минералов, характерных для грейзенов. Появление этих минералов, видимо, связано с повтор­ной грейзенизацией, преобразующей уже метасоматически изме­ненный субстрат.

Состав слюд существенно зависит от состава исходных горных пород. Так, по магнезиальным скарнам вместо мусковита, типич­ного для апокарбонатных разностей, образуются биотит и лепидо-мелан, по габброидам и ультраосновным породам развиваются фло­гопит и биотит. Однако все слюды калиевые, обогащенные фтором и литием.

Флюорит находится в тесных графических срастаниях со слю­дой. Он часто преобладает над другими минералами, и только в метасоматитах по ультраосновным породам его содержание рез­ко уменьшается. Формирование флюорита происходит в усло­виях максимальной кислотности: он как бы занимает место квар­ца в грейзенах. Флюорит всегда переполнен газово-жидкими включениями, гомогенизация которых происходит при Т= 320-340 "С.

Хрупкие слюды представлены эфеситом и маргаритом с посто­янной примесью лития. Они особенно характерны для метасомати-тов, образованных по известнякам и известковым скарнам.

Турмалин (шерл-дравит) в отличие от железистого шерла грей­зенов обогащен кальцием и магнием. Под микроскопом он бес­цветен или окрашен в голубой цвет.

В слюдитах содержатся разнообразные минералы бериллия.

Интересно отметить появление в слюдитах редко встречающих­ся в природе фторсодержащих минералов — криолита Na₃AlF₆ и селлаита MgF₂. Последний представлен мелкими неправильны­ми зернами с высоким отрицательным рельефом: п_е = 1.388,

п_о= 1.377.

Химический состав. По сравнению с исходными породами слю-диты резко обогащены Si (на 12-13 мас.%), Al, F, В и К и сущест­венно обеднены Са и Mg. Формирование слюдитов сопровождает­ся накоплением Be, W, Mo, Sn.

______ Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород____

Внешний облик. Слюдиты — это черные или фиолетовые поро­ды с резко меняющейся зернистостью. Текстура метасоматитов по­лосчатая или крустификационная, обусловленная чередованием тончайших полос или прожилков, сложенных слюдами, флюоритом и бериллиевыми минералами. Полосы располагаются параллельно друг другу, часто волнисто изогнуты или образуют концентричес­кие и сложные фестончатые образования. Формирование подобных текстур и структур, напоминающих колломорфные, можно объяс­нить ритмичным осаждением минералов из фтористых растворов, замещающих известняки и скарны.

Слюдиты, как правило, пересечены большим количеством слю­дяных, слюдяно-флюоритовых и флюорит-кал ьцитовых прожилков.

Микроструктура слюдитов лепидогранобластовая, гранолепи-добластовая, а также пойкилитовая и субграфическая, обусловлен­ная сложными срастаниями флюорита и слюд.

Метасоматическая зональность слюдитов обычно проявлена неотчетливо. Ниже приводятся некоторые типичные примеры ме­тасоматических колонок, изученных Д.П.Яковлевым (1964 г.) и И.Н.Говоровым (1958 г.).

I

0. Известняк

1. Известняк, слабо флюоритизированный Ка + Флю

2. Фл + Аб + My

3. My + Аб + Флю

4. Флю
II

0. Известняк

1. Флюоритизированный известняк: Флю + Ка

2. My + Флю

3. Эф + Флю.