Метасоматизм, его проблемы и роль в геологической историии

Однако, повышение в этом направлении железистости граната, сопровождающееся уменьшением железистости пироксена, нуждается в объяснении. Образование существенно андрадитового граната в экзоконтактовых зонах, по-видимому, связано с локальным производством углекислоты (а через нее и кислорода) при замещении кальцита волластонитом или другими силикатными минералами: СаCO3 + [SiO2О] = CaSiO3 + [CO2]. Освобождение при этой реакции СО2 вызывает сдвиг вправо установившегося во флюиде окислительно-восстановительного равновесия: 2Н2О + СО2 = СН4 + 2О2. Окислением железа и связыванием его в андрадитовый гранат объясняется понижение железистости клинопироксена в экзоскарновых зонах.

В экспериментальных биметасоматических колонках известковых скарнов отчетливо проявлен более интенсивный массоперенос кремнезема сравнительно с глиноземом, ведущий к метасоматической десиликации полевошпатовой породы и являющийся одной из характернейших черт соответствующих природных колонок.

Зональная колонка известковых скарнов формируется за счет перераспределения породообразующих компонентов при встречной диффузии, сопровождающейся химическими реакциями. Привнос из внешнего источника имеет место только для Na и К, а вынос за пределы области скарнирования - для СО2. Оптимальным температурным диапазоном формирования известковых скарнов является интервал 500-700оС. При 400оС вместо граната и пироксена преимущественно развивается амфибол, иногда пренит. В высокотемпературных условиях (> 800оС) образуются мелилитовые и гранатовые экзоскарны, а эндоскарны отсутствуют.

В отличие от известковых, для образования магнезиальных скарнов благоприятно воздействие близнейтральных или щелочных растворов с солями типа NaCl, KCl, NaF, KF, Na2CO3, NaOH, KOH. Повышение щелочности способствует формированию диопсидовых, а кислотности - кальцит-форстеритовых и форстерит-магнетитовых экзоскарнов. Глиноземсодержащие экзоскарны развиваются только в выше 800оС, когда глинозем приобретает заметную диффузионную подвижность.

Роль метасоматизма в геологической истории

Экспериментальные исследования метасоматоза подтвердили главные положения теории метасоматической зональности. Были воспроизведены все особенности колонок, вплоть до очень тонких деталей строения, выведенные дедуктивным путем и наблюдаемые на природных объектах. Вместе с тем теория метасоматоза построена на ряде допущений (главное из них - локальное равновесие) и потому имеет границы применения. Экспериментальные исследования позволяют определить численные значения динамических и кинетических величин и таким образом установить эти границы количественно. Целый ряд особенностей не мог быть ни предсказан теоретически, ни выведен из геологических наблюдений, часть из них оказались неожиданными. Никаким другим путем не могли быть сделаны оценки продолжительности формирования метасоматических тел. Принципиальную новизну имеют установленные факты влияния анионного состава раствора на соотношение мощностей зон колонки, а иногда и на саму последовательность ее зон. Оно осуществляется через различия констант диссоциации соответствующих кислот и комплексообразование в растворах. Здесь, по-видимому, нужно искать путь к пониманию связей метасоматитов и оруденения - важнейшей проблемы, пока почти не затронутой экспериментальными исследованиями.

Известно, что одни и те же метасоматиты, на первый взгляд неотличимые друг от друга, сопровождаются разными типами оруденения. Примером могут служить образование сходных березитов в связи с золотыми, полиметаллическими или урановыми рудами. Можно предполагать, что специализация на разные типы оруденения связана с различиями анионного состава растворов, который находит отражение и в некоторых второстепенных особенностях метасоматитов, таких как соотношение мощностей зон колонки, изменение тонких особенностей состава отдельных минералов и др. Вопрос недостаточно изучен, но по крайней мере, наметились пути его разрешения.

Моделирование позволило на количественной основе определить границы фаций метасоматитов, т.е. пределы интенсивных параметров, при которых формируется определенный тип зональности. Наибольшее значение имеют температура, кислотность и активности компонентов раствора. Флюидное давление играет второстепенную роль, поскольку его изменение в пределах диапазона 0,5-2 кбар, наиболее характерного для гидротермального минералообразования, принципиально не сказывается на условиях стабильности породообразующих минералов. Существенное влияние на вид возникающих колонок оказывает состав исходных пород. Классический геологический пример образования березитов по породам гранитоидного состава и лиственитов - по ультрабазитам при воздействии одних и тех же растворов однозначно подтвержден экспериментально. Наиболее отчетливо буферное действие состава исходной породы выражено на парагенезисы передовых зон колонки.

Совокупность фаций метасоматитов, образующихся в одном характерном и повторяющемся в земной коре петрогенетическом процессе, обозначается как метасоматическая формация. Это чисто геологическое понятие. Экспериментальные исследования показывают, что эмпирически сложившееся выделение формаций не является случайным, каждой из них отвечает относительно узкий интервал физико-химических условий образования. Постепенные переходы и эволюционные взаимоотношения возможны только между теми формациями, поля которых на соответствующих диаграммах граничат между собой.

Отличительная особенность метасоматоза - привнос и вынос вещества. Изменяясь, состав пород может стать таким, который при данных температуре и давлении будет полностью или частично расплавлен. Такие процессы носят название магматического замещения. При моделировании щелочного метасоматоза гранитов в некоторых опытах тыловые зоны почти нацело представлены стеклом, а в промежуточных зонах стекло располагается в интерстициях породообразующих минералов. Расплав в этих случаях является одной из фаз (наряду с минералами), слагающих тыловые зоны колонки. Строение подобных колонок наиболее подробно изучено на примере взаимодействия расплавов с огнеупорами при стекловарении. Имеются также эксперименты, моделирующие образование зональности при замещении различных пород гранитной магмой. Все законы диффузионного взаимодействия при этом в той или иной степени выполняются: локальное равновесие, образование резких фронтов замещения, уменьшение числа фаз и соответствующее изменение режима подвижности компонентов, десиликация приконтактовых зон, закономерное изменение состава фаз по колонке. Модели и методические приемы, разработанные для метасоматоза, находят применение, таким образом, при изучении проблем магматической петрологии и прикладных вопросов.

С метасоматозом связаны многие крупнейшие месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых. К ним относятся скарновые месторождения железа, меди, золота, серебра, вольфрама, молибдена; грейзеновые месторождения олова, вольфрама, молибдена, бериллия, флюорита, слюды; альбититовые месторождения тантала, ниобия, тория, урана, редких земель, циркония; месторождения золота и сурьмы, связанные с пропилитами и березитами.

Список использованной литературы

1. В.Г. Боголепов. Развитие представлений о процессах метаморфизм и метасоматоз. Записки. РМО, 3, 2005 г.
2. Г.П.Зарайский. Зональность и условия образования метасоматических пород. Изд. "Наука", М, 1989 г.
3. Геологический словарь, М:"Недра", 1978 г.
4. Гордиенко В.В., Кривовичев В.Г., Сырицо Л.Ф. Метасоматиты пегматитовых полей. - Ленинград: ЛГУ, 1987 г.
5. Жариков B. A., Омельяненко Б. И., Классификация метасоматитов, в кн.: Метасоматизм и рудообразование, M., 1978 г.
6. Тихоненкова Р.И., Осокин Е.Д., Ганзеев А.А. Редкометальные метасоматиты щелочных массивов.- М : Наука, 1967 г.
7. Жариков B. A., Русинов В.Л., А.А.Маракушев и др. Метасоматоз и метасоматические породы. - Москва, Научный мир, 1998 г.

2