Фация вторичных кварцитов

К фации вторичных кварцитов относятся продукты интенсив­ного среднетемпературного кислотного метасоматоза, равновес­ные с хлоридными растворами, которые содержат углекислоту и се­ру; рН колеблется от 1 до 4. В этих условиях оказываются устойчивыми только кварц и высокоглиноземистые минералы: ко­рунд, андалузит, алунит, диаспор и другие. Термин вторичный квар­цит был введен в русскую геологическую литературу Е.С. Федо­ровым и В.В. Никитиным в 1901 г., а позднее широко применялся Н.И. Наковником для обозначения метасоматитов, возникших в процессе поствулканической гидротермальной деятельности. Тер­мин неудачен из-за своей неопределенности; им часто обозначают гидротермально-измененные породы разного состава и генезиса.

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород____

Собственно вторичными кварцитами целесообразно называть метасоматиты, содержащие не менее 50% кварца. При меньшем количестве кварца правильнее говорить о кварц-корундовых, кварц-андалузитовых, кварц-алунитовых метасоматитах. Если кварц ста­новится второстепенным минералом, то речь может идти о корун­довых, андалузитовых и алунитовых метасоматитах.

Исходные породы. Вторичные кварциты формируются по вулка­ногенным, вулканогенно-осадочным и интрузивным породам кис­лого и среднего составов; особенно податливы при изменении по­ристые туфы.

Условия залегания метасоматитов. Вторичные кварциты при­урочены к центрам преимущественно наземного кислого и средне­го вулканизма и образуют массивы, измеряемые километрами в по­перечнике. Такие массивы чаще всего обладают изометричной формой в плане и грубо концентрическим зональным строением, которое может осложняться разнообразными ответвлениями вдоль тектонических нарушений.

Будучи породами, обогащенными кварцем, вторичные квар­циты устойчивы к процессу выветривания, и сложенные ими мас­сивы часто выделяются в рельефе, образуя возвышенности с ребри­стыми скалистыми склонами, зубчатыми гребнями и острыми пикообразными вершинами. В депрессиях между скалами и по пе­риферии массивов вторичных кварцитов развиты аргиллизиты и другие рыхлые породы. Неравномерное ожелезнение придает этим породам характерную пеструю окраску с чередованием бе­лых, желтых и красных пятен.

В сложно построенных массивах вторичные кварциты занима­ют либо центральные зоны, либо располагаются вокруг ядер кварц-калишпатовых метасоматитов и серицитолитов. По периферии массивов развиваются широкие ореолы пропилититов или аргил-лизитов.

Минеральный состав. Главными новообразованными минерала­ми вторичных кварцитов являются кварц, серицит (мусковит), ан­далузит, алунит, корунд, диаспор, пирофиллит и самородная сера.

К второстепенным и акцессорным минералам относятся пи­рит, гематит, рутил, топаз, зуниит, флюорит, турмалин, дюморть-ерит, лазулит и барит.

Типоморфными минеральными ассоциациями вторичных квар­цитов являются сочетания кварца с алунитом, диаспором, корундом, а также с самородной серой. Парагенезисы кварц + андалузит

5. Метасоматиы, равновесные с кислыми растворами

и кварц + серицит могут появляться не только во вторичных квар­цитах, но и в грейзенах, березитах, серицитолитах, пропилитах, что затрудняет отнесение метасоматитов к тому или иному виду. В ка­честве дополнительного критерия, подтверждающего принадлеж­ность кварц-андалузитовых и кварц-серицитовых метасоматитов к вторичным кварцитам, могут служить включения или прожилки диаспора, пирофиллита, алунита. В близких по составу пропилитах содержатся хлорит, карбонат, эпидот и альбит.

Средние размеры новообразованных минералов вторичных квар­цитов составляет сотые и десятые доли миллиметра; корунд, пирит, алунит, гематит могут образовывать миллиметровые и сантиметро­вые кристаллы. Преобладающая форма развития метасоматических минералов — агрегатные моно- или полиминеральные псевдоморфо­зы, переходящие в неясные, расплывчатые порфиробласты. Так, по плагиоклазу развиваются кварц-серицитовые или кварц-алунито-вые псевдоморфозы, по калишпату — серицитовые или алунитовые, а по цветным минералам — кварц-пирит-рутил-серицитовые ассо­циации с небольшим количеством глиноземистых минералов.

Новообразованный кварц представлен двумя генерациями. Ран­ний кварц образует рассеянные зерна размером в сотые и десятые доли миллиметра и их скопления, составляющие общий фон поро­ды, гранобластовые мозаичные агрегаты и каймы обрастания вокруг реликтового кварца, а также жилки и агрегатные скопления в сме­си с серицитом, замещающие первичные минералы. Сюда же отно­сится микрозернистый кварц с примесью алунита, развивающий­ся по основной массе вулканитов.

Кварц поздней генерации формирует тонкую сеть мелких вет­вящихся прожилков мощностью от долей миллиметра до первых сантиметров. Он особенно типичен для вторичных кварцитов по гранитоидам.

Серицит (мусковит) также представлен двумя генерациями. Ранний серицит встречается в виде мелких чешуек в составе агре­гатных псевдоморфоз, замещающих полевые шпаты и биотит, или образует рассеянные скопления в метасоматитах. Серицит по­здней генерации выполняет маломощные мономинеральные про­жилки. В серицитовых вторичных кварцитах, образованных по ри-олитам, гранитам и трахитам, он представлен калиевой разностью, в метасоматитах по породам среднего состава — парагонитом. Се­рициты вторичных кварцитов, как правило, недосыщены щелочны­ми металлами и обогащены кремнеземом.

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород____

Андалузит наблюдается в виде рассеянных порфиробластов си­товидного строения с многочисленными включениями кварца. Пор-фиробласты вытянуты по флюидальности и полосчатости исходных пород или вместе с серицитом образуют псевдоморфозы по первич­ным минералам. Иногда андалузит вторичных кварцитов обнару­живает слабый плеохроизм в розоватых или голубоватых тонах.

Алунит развивается в виде псевдоморфоз по полевым шпатам или разрозненных скоплений, а также заполняет мелкие прожил­ки. Размер пластинок алунита обычно составляет десятые доли миллиметра. Минерал представлен калиевой разностью: содержа­ние К₂О в нем может достигать 3.2 мас.%. Отношение K₂O/Na₂O для алунита из вторичных кварцитов колеблется от 12 до 1.5 мас.%.

Корунд относится к сапфировому и реже рубиновому типам, од­нако в тонких срезах под микроскопом не наблюдается плеохроиз­ма, свойственного этим минералам. Отличительной особенностью корунда вторичных кварцитов является его уплощенность по базо-пинакоиду и, как следствие, положительное удлинение в отличие от отрицательного удлинения этого минерала в метаморфических и магматических породах.

Диаспор встречается в виде рассеянных зерен размером 0.3-0.5 мм, их скоплений и гнезд. Минерал ассоциирует с вторичным кварцем, рутилом, пиритом и зуниитом, образуя с ними срастания без признаков замещения одного минерала другим. Крупные выде­ления диаспора обладают ситовидным строением и сильно трещи­новаты.

Пирит встречается во всех вторичных кварцитах. Он образует от­дельные кристаллы или входит в состав агрегатных псевдоморфоз по цветным минералам. Иногда пирит присутствует в кварцевых прожилках и реже выполняет самостоятельные жилки. Минерал представлен кристаллами разнообразной формы: кубическими, пентагонально-додекаэдрическими и октаэдрическими.

Рутил наблюдается в виде мельчайших зерен, образующих скоп­ления, которые вместе с другими наложенными минералами разви­ваются по первичным цветным минералам. Содержание рутила во вторичных кварцитах довольно постоянно и не превышает 1%.

Зуниит в виде примеси мелких кристаллов входит в состав псев­доморфоз по вкрапленникам полевых шпатов; кроме того, он ассо­циирует с кварцем, пиритом, рутилом и флюоритом.

Турмалин вторичных кварцитов в отличие от турмалина других типов метасоматитов представлен высокоглиноземистой разно-

5. Метасоматиы, равновесные с кислыми растворами

видностью. Под микроскопом он бесцветен со слабо-желтоватым или голубоватым оттенком и практически не плеохроирует.

Химический состав. Собственно вторичные кварциты почти на­цело состоят из SiO₂ (-80 мас.%) и А1₂О₃ (14-18 мас.%). В метасо-матитах, содержащих воду и серу, количество этих компонентов может достигать 8-15 мас.%. Нередко отмечается примесь бора (0.1-0.5 мас.% В₂О₃).

Внешний облик. Вторичные кварциты — светлые породы массив­ной или пятнистой текстуры и мелко- или среднезернистой струк­туры. Иногда для них характерна повышенная пористость, которая при интенсивном выщелачивании может достигать 50-60% объе­ма пород.

Микроструктуры. Вторичные кварциты по риолитам выделяют­ся бластопорфировой структурой, присутствием реликтовых вкрап­ленников кварца, бластосферолитовым иди бластофельзитовым строением, а также реликтовой флюидальностью, полосчатостью и меньшей пористостью по сравнению с вторичными кварцитами, образованными по гранит-порфирам и гранодиорит-порфирам, обладающим бластопорфировидной структурой и тонкой шток-верковой кварцевой жилковатостью. Для метасоматически изменен­ных туфов и брекчий типична бластокластическая структура и зна­чительная пористость. Местами микроструктура вторичных кварцитов становится гранобластовой, лепидогранобластовой, не-матогранобластовой, порфиро- и пойкилобластовой.

Стадийность и зональность метасоматитов. При изучении взаи­моотношений метасоматических минералов, чрезвычайно слож­ных и противоречивых, удается наметить три главные минеральные ассоциации, которые последовательно сменяют друг друга при из­менении температуры и кислотности растворов.

Наиболее ранней является четырехминеральная равновесная ассоциация: кварц I + рутил + пирит (или гематит) + серицит I. По-видимому, несколько позднее по отношению к этой ассоциации об­разуются пирофиллит I, диаспор I, алунит, зуниит и топаз. В даль­нейшем при повышении температуры и усилении циркуляции растворов возникают андалузит, корунд и продолжается собира­тельная перекристаллизация кварца, рутила и пирита. На поздней стадии формируются дюмортьерит, кварц II, серицит II, поздние ге­нерации диаспора и пирофиллита. Минералообразование завер­шается отложением флюорита, который цементирует зуниит, кварц и пирит.

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород____

Метасоматическая зональность в массивах вторичных кварци­тов проявлена неотчетливо, хотя общая тенденция к упрощению ми­нерального состава по направлению к зонам наибольшей циркуля­ции растворов отмечается часто. Удачный пример метасоматической зональности приведен в работе И.П.Иванова (1974 г.).

0. Диориты, кварцевые порфиры, риолиты и их туфы

1. Орт + Аб + Кв + Сер + Хл

2. Орт + Аб + Кв + Сер

3. Орт + Сер + Кв
4а. Сер + Кв

46. Кв + Анд

4в. Кв + Пф

4г. Кв + Ал

5. Кв

Эта метасоматическая колонка в главных чертах сходна с резуль­татами эксперимента, отражающими воздействие на порошок гра­нитов раствора соляной кислоты и смешанных солевых растворов с отношением mKCl/mHCl < 3, содержащих углекислоту [Зарай­ский и др., 1981, 1986]:

0. Биотитовый гранит

1.Кв + Аб + Би + (Му)

2. Кв + Аб + Би + My

3. Кв + My

4. Кв + Анд

5. Анд

Отличие экспериментальной колонки заключается в появле­нии мономинеральной тыловой зоны, сложенной андалузитом. Последовательность образования остальных зон очень близка. Изменение гранитов в эксперименте начинается с появления му­сковита (серицита), который развивается по калишпату. В следу­ющей зоне исчезает микроклин, полностью замещаясь мускови­том. На границе с зоной 3 одновременно исчезают две фазы: альбит и биотит. Эта особенность устойчиво повторяется во всех опытах. При добавлении к раствору соляной кислоты кварцево­го порошка в тыловой части колонки образуется маломощная кварцевая зона.

Физико-химические условия формирования метасоматитов. Вто­ричные кварциты формируются в обстановке интенсивного кис­лотного метасоматоза при выщелачивании всех компонентов кро­ме Si и Al.

5. Метасоматиы, равновесные с кислыми раство

Многочисленные эксперименты, проведенные Г.П Зарайским с сотрудниками [ 1981, 1986], позволили уточнить физико-химиче­ские условия кислотного метасоматоза. Так, в результате изучения минеральных равновесий в системе KCl-HCl-SiO₂-Al₂O₃-H₂O (см. рисунки 4.3 и 4.4) были выделены поля стабильности пирофил­лита, андалузита, корунда и диаспора (см. рис. 4.4). Пирофиллит ус­тойчив при 290-410 °С, а андалузит в еще более высокотемператур­ной области; при Т< 290 "С минералы вторичных кварцитов становятся неустойчивыми и замещаются каолинитом. Таким об­разом, переход от аргиллизитов к пирофиллитовым и андалузито­вым вторичным кварцитам и андалузитовым фейзенам в большей мере обусловлен повышением температуры, чем изменением кис­лотности—щелочности растворов.

Эксперименты по моделированию метасоматической зонально­сти установили допустимые пределы T (от 300 до 600 °С) и рН (от 2 до 5.5—6.4) для различных типов вторичных кварцитов (см. рис. 5.3 и 5.4).

Таким образом, вторичные кварциты являются результатом воз­действия на кислые и средние породы среднетемпературных (Т= 300—500 °С) насыщенных SiO₂ кислых (рН = 1—4) преимуще­ственно хлоридных растворов (Сl^-» F^-), содержащих углекислоту, SO₄^-2 и, возможно, BOj³; в катионной части растворов преобладают К⁺ и Na⁺. Максимальные метасоматические изменения происходят в приповерхностных зонах, где благодаря высокой пористости и тре-щиноватости обеспечивается относительно свободная циркуляция кислорода, а горные породы обогащены вадозными водами, которые и производят интенсивное кислотное выщелачивание. Под воздей­ствием таких растворов возникают не только вторичные кварциты, но и серицитолиты, аргиллизиты, пропилиты.

Распространенность и рудоносность метасоматитов. Метасомати-ты фации вторичных кварцитов приурочены к центрам наземного, а иногда подводного вулканизма кислого и среднего составов. С мас­сивами вторичных кварцитов связаны крупные месторождения глиноземистого сырья, главным образом корунда (Семиз-Бугу, Центральный Казахстан) и алунита (Заглик, Азербайджан). Припо­верхностные вторичные кварциты содержат самородную серу (Кам­чатка, Курильские острова, Япония).

Рудные месторождения (Mo, Cu, Zn, Pb, Аи, Ag, U и др.), про­странственно связанные с вторичными кварцитами, как правило, наложены на эти метасоматиты и значительно отделены от них во времени.

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород_____