Особенности проявления формации кварц-серицитовых метасоматитов

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Особенности проявления формации кварц-серицитовых метасоматитов

02.08.2020

Геологическая обстановка и условия локализации метасоматитов. Ранее отмечалась приуроченность кварц-серицитовых метасоматитов к региональным зонам смятия Алтая (Иртышской и Северо-Восточной) и глубинным разломам, сопряженным с зонами смятия на участках, незначительно удаленных от них. В локальном плане повсеместно устанавливается связь метасоматитов рассматриваемой формации с зонами интенсивного рассланцевания пород, причем сланцеватость унаследуется (и частично обновляется) в новообразованных продуктах, выступающих в настоящем виде как сланцы-тектониты. Выдержанная в регионе пространственная ассоциация кварц-серицитовых метасоматитов с зонами рассланцевания подчеркивает глубинность растворопроводящих разрывных структур, характеризовавшихся пластическими деформациями и явлениями течения вещества пород при динамометаморфизме.

В морфологическом отношении зоны изменения в большинстве случаев представляют собой крутопадающие плоские ленты, вытянутые по простиранию на расстояние от нескольких сот метров до 18—20 км при мощности от нескольких десятков метров до 400—500 м в раздувах. На максимально достигнутых глубинах (1200—1300 м) они остаются не оконтуренными. Иногда устанавливаются пологопадающие ленты, подчиняющиеся элементам залегания складчатых структур (Белоусовское месторождение).

Приуроченные к протяженным разрывным нарушениям зоны изменения нередко пересекают разновозрастные девонские и нижнекарбоновые толщи, субвулканические порфировые и верхнепалеозойские гранитоидные интрузии, переходя из одних образований в другие (Березовско-Белоусовское, Греховское и другие рудные поля). Выделяются рудоносные, слабо минерализованные и практически стерильные в отношении полиметаллов зоны.

Устойчивые ассоциации метасоматитов и магматогенных продуктов устанавливаются лишь в Иртышской зоне смятия, где в зонах изменения нередко фиксируются жильные тела комплекса «альбитофиров — порфиритов». При этом часть даек предшествует гидротермальному преобразованию пород, а часть формируется во временной интервал, отделяющий стадию предрудного изменения от стадии рудоотложения. Для Северо-Восточной зоны смятия такого рода связи менее характерны.

Своеобразной чертой структур, локализующих кварц-серицито-вые метасоматиты, является многократная повторяемость деформаций пород в процессе их становления. На ранних этапах динамометаморфизма эти деформации носили характер пластического течения вещества пород. Позднее господствовали хрупкие разрывы, выразившиеся в дроблении, катаклазе и милонитизации динамометаморфических сланцев. Зоны повторных деформаций весьма характерны для участков концентрации сульфидных руд. Последние, как и сопровождающие их измененные породы, также несут следы динамометаморфического воздействия. Однако в период образования гидротермалитов тектоническая активность была заметно понижена, о чем свидетельствуют факты «залечивания» сланцеватости вмещающих пород метасоматическими продуктами.

Стадийность гидротермального процесса. История формирования рудоносных зон кварц-серицитовых метасоматитов представляется в виде последовательного проявления трех основных стадии гипогенного мииералообразования: дипамо-гидротермальной, предрудной и рудной. Все стадии характеризуются определенными минеральными парагенезисами, разделенными во времени периодами активизации тектонических подвижек, а в ряде случаев и внедрением даек.

Проявления динамо-гидротермалыюй стадии связаны с периодом формирования зон повышенного рассланцевания. Как показали специальные исследования, в рассланцованных породах помимо текстурноструктурных изменений постоянно возрастает количество хлорита и серицита за счет частичного разложения полевых шпатов и первичных темноцветных минералов исходных пород. Хотя данные преобразования наблюдаются вне ореола околорудных изменений, аналитическими методами устанавливается аллохимический тип замещений, обусловленный инфильтрацией низкотемпературных гидротерм, привносящих в породы калий и магний. Относительно малый масштаб изменений при отсутствии явлений метасоматической зональности свидетельствует о пониженной «агрессивности» растворов в начальную стадию формирования рудоносных зон. Детали этого процесса были рассмотрены ранее при описании Ново-Березовского месторождения.

Предрудная стадия отделена от предыдущей периодом повторных деформаций. Под воздействием концентрированного потока кислотных гидротерм на отдельных участках зон повышенного рассланцевания в эту стадию сформировался зональный и сложнопостроенный ореол метасоматитов выщелачивания — осаждения, включающий основную массу околорудно измененных пород. Последние выступают в качестве субстрата при становлении продуктов рудной стадии — полиметаллических руд и синрудных метасоматитов, локализующихся вдоль вновь возникших и частью унаследованных трещинных структур. Завершают гидротермальный процесс редкие кварцевые и кварц-карбонатные прожилки (с пере-кристаллизованными минералами метасоматитов и вкрапленностью сульфидов) представляющие собой продукты переотложения вытесненных при сульфидном метасоматозе компонентов из остаточных «отработанных» растворов.

Предрудные метасоматиты. Метасоматическая зональность. Ведущей чертой предрудных изменений является гнпогенное кислотное выщелачивание с разложением первичных минералов пород и прогрессирующим замещением их кварцем и серицитом. Полосы максимального изменения обычно приурочены к зонам повышенного динамометаморфнзма (рассланцевания, дробления), причем с удалением от этих зон степень метасоматического преобразования пород понижается. Соответственно при движении от центра метасоматических ореолов к их периферии все более отчетливо выступают первичные текстурно-структурные черты исходных сред, а в составе метасоматических продуктов возрастает количество реликтовых минералов.

Поскольку разрывные структуры, контролирующие размещение метасоматитов, нередко локализуются на контактах пород, отличающихся по физико-механическим параметрам, в частности по степени проницаемости при инфильтрации гидротерм, ореолы изменения часто характеризуются в той или иной мере проявленной асимметричностью. Последняя возникает также и в случае частого переслаивания в разрезе различных по составу пород, наличия большого числа даек, блоков слабо затронутых динамометаморфизмом пород и других неоднородностей обстановки метасоматического минералообразования. Обычно лежачим бокам структур свойственны более протяженные и интенсивные ореолы изменения, чем висячим. Реже устанавливаемые симметричные зоны изменения, как правило, располагаются среди однообразных по составу толщ.

Предрудные метасоматиты характеризуются отчетливо выраженной зональностью. По отношению к растворопроводящим структурам (и направлениям наибольшего удлинения метасоматических тел) различаются два вида зональности — поперечная и продольная. Поперечная зональность устанавливается в любом сечении рудоносных зон по их мощности. При этом в зависимости от характера замещаемых сред изменяется состав парагенезисов и порядок смены минеральных сообществ в пространстве. Соответственно можно выделить ряд типов поперечно-зональных колонок выщелачивания, представляющих фации метасоматитов, связанные с изменением состава исходного продукта (табл. 36),

Наиболее обычна для рудноалтайских месторождений колонка выщелачивания I типа. Она характеризует фацию кварц-серицитовых метасоматитов, возникших по альбитизированным линаритовым и липарит-дацитовым порфирам, туфам и туффитам кислого состава, альбитизированным андезитовым порфиритам (как эффузивным, так и субвулканическим и жильным), а также алюмосиликатным осадочным породам (алевролитам, алевропелитам, песчаникам). Данная колонка формируется при последовательном замещении (от периферии к центру метасоматического ореола) плагиоклаза, карбоната и хлорита исходных пород кварцем и серицитом вплоть до возникновения зон метасоматитов, состоящих из кварца, серицита, пирита и рутила. С приближением к центральным зонам состав хлорита изменяется в сторону обогащения магнезиальным компонентом. Карбонат во внешней зоне представлен либо кальцитом и доломитом (при выщелачивании вулканитов кислого состава и осадочных пород), либо анкеритом или брейнеритом (при замещении вулканитов среднего состава). С приближением к центру ореолов изменяется и состав светлой слюды в сторону снижения степени ее гидратации и возрастания содержания калия. Состав слюд, впрочем, в значительной мере связан с более поздними явлениями сульфидного метасоматоза, о чем будет сказано в последующих главах.

Парагенезисы внутренних зон изменения характеризуются заветными отличиями на разных объектах (см. табл. 36, зоны 3, 4 и 5).

В одних случаях нарастающее выщелачивание приводит к последовательному разложению основной массы пирита и серицита в составе кварц-серицитовых метасоматитов вплоть до образования кварцитов (Зыряновское, Гусляковское и глубокие горизонты Тишинского месторождений), в других — процесс останавливается на уровне существенно серицитовых метасоматитов (средние горизонты Тишинского месторождения), в третьих — господствующими типами пород центральной зоны являются серицит-кварцевые со средними содержаниями основных породообразующих минералов соответственно 30—40 и 60—70% (Иртышское и Ново-Бере-зовское месторождения). Следует отметить, что зона 4 (беспиритных серицит-кварцевых метасоматитов) выделена условно по нередко наблюдаемому более значительному понижению количеств пирита в сравнении с серицитом при переходе к зоне кварцитов.

Колонка выщелачивания II типа развивается по известковистым алевролитам, алевропелитам и песчаникам, содержащим карбонатный материал в количестве не менее 20—30%. Как и в случае силикатных сред, во внешней зоне наблюдается замещение кварцем и серицитом обломков полевых шпатов. Одновременно возрастает содержание хлорита (видимо, за счет разложения глинистых составляющих пород) и осуществляется переход кальцита (полностью или частично) в анкерит. Сфен замещается рутилом. В следующей — промежуточной — зоне полностью разлагается хлорит и преимущественное развитие получают «березитоподобные» серицит-карбонат-кварцевые метасоматиты, в составе которых карбонат обычно представлен брейнеритом. Наконец, центральная зона, не всегда отчетливо выраженная, характеризуется замещением карбоната и господством ассоциации кварц—серицит—рутил—пирит. Количество последнего здесь заметно возрастает (до 5—8%).

Следует отметить, что серицит-карбонат-кварцевые метасоматиты типа образований промежуточной зоны могут, по-видимому, возникать и при кварц-серицитовом замещении алюмосиликатных пород, но па самых высоких гипсометрических уровнях растворопроводящих структур. Подобного рода случай (пока это уникальное явление на Алтае) был описан при характеристике Тишинского месторождения.

Близка рассмотренной и колонка III типа, формирующаяся при кварц-серицитовом замещении даек диабазовых порфиритов. Ее отличительная черта — образование во внутренней зоне метасоматитов, состоящих из магнезита (или сидерита), кварца и слюды, нередко представленной хромсодержащей разностью — фукситом. Как видно, эти породы по составу отвечают типичным лиственитам. Интересно отметить, что вулканогенно-осадочные толщи, вмещающие дайки, претерпевают при этом изменения, соответствующие колонкам выщелачивания I и II типа.

Помимо упомянутых разностей пород в единичных случаях в ореолах изменения фиксируются также и известняки. По данным Д.Г. Ажгирея и др., описавших подобный факт на Зыряновском месторождении, во внешней зоне изменения известняки переходят в доломиты, сменяющиеся в промежуточной зоне кварц-кальцит-доломитовыми метасоматитами и далее во внутренней зоне — апоизвестняковыми кварцитами и кварц-кальцитовыми метасоматитами.

Поперечно-зональным колонкам разных типов свойственны и общие черты. Внутренние зоны по мощности обычно меньшие, чем промежуточные и внешние, причем каждая следующая к периферии зона по размерам превышает предыдущую. Среднее отношение суммарной мощности зон 3, 4 и 5 к мощностям зон 2 и 1 (см. табл. 36) примерно 1:2:3 — 4. Обращает на себя внимание также постепенное нарастание количеств новообразованных минералов (кварца и серицита) по мере движения от периферии к центру ореолов изменения, причем это нарастание наблюдается не только на границах зон, но и в пределах самих зон в направлении от внешних к внутренним их ограничениям. Усредненные содержания указанных минералов в породах зон 1; 2 и 3+4+5 приблизительно 20—50—90%. Исключение в этом отношении представляют повышенно известковистые терригенные породы и известняки, где в объеме метасоматитов может преобладать карбонат, хотя при наличии заметных количеств алюмосиликатного материала тенденции нарастания кварц-серицитового замещения проявляются и здесь.

Рассмотрим продольную метасоматическую зональность. Одним из ее выражений является накопление метасоматитов сопряженного с выщелачиванием осаждения на верхних уровнях рудоносных структур в областях замыкания последних по восстанию и воздыманию. Над центральной зоной выщелачивания на этих участках (если они не срезаны эрозией) фиксируется комплекс «фемического» типа измененных пород, разделяющийся на три зоны (снизу вверх): а) хлоритолитов, б) карбонат-хлоритовых метасоматитов, в) кварц-альбитовых метасоматитов. Подобного типа зональность с различной степенью полноты проявлена на Ново-Березовском, Иртышском, Греховском, Снегиревском и некоторых других месторождениях.

Первая снизу зона обычно представлена ореолом прожилково-вкрапленных скоплений хлорита (существенно магнезиального и реже железисто-магнезиального), иногда образующих линзовидные тела. Хлорит накладывается на различные вулканогенно-осадочные породы, отличающиеся пониженной степенью рассланце-вания, или насыщает верхнюю кромку серицит-кварцевых сланцев. В ассоциации с хлоритом постоянно отмечаются рассеянные вкрапленники рутила (или офена) и пирита, а местами также агрегаты перекрнсталлизованных минералов вмещающих пород (кварца и серицита). Соответственно наиболее типичные минеральные парагенезисы данной зоны следующие: хлорит—рутил (сфен)—пирит и хлорит—кварц—серицит—рутил (сфен) —пирит. Объем метасоматическнх новообразований составляет в среднем 20—35% от массы пород.

В следующей зоне в парагенезисе с хлоритом появляется карбонат (кальцит, доломит, брейнерит), образующий пятна, прожилки и отдельные разобщенные кристаллы в хлоритовой массе. Количество карбоната обычно не превышает 5—10%, а общий объем метасоматических продуктов 20—25% от массы вмещающих пород. Минеральный парагенезис средней (по вертикали) зоны: карбонат—хлорит—кварц—(серицит)—рутил (сфен).

Верхняя зона характеризуется образованием линз и жил альбитовых и кварц-альбитовых пород. В незначительном количестве они отмечаются и в низах хлоритовой зоны, где наблюдаются постепенные переходы от хлоритолитов к кварц-альбитовым метасоматитам. По мере движения к поверхности размеры метасоматических тел возрастают (до 50—80 м по удлинению и до 10—20 м по мощности), количество хлорита в них сокращается, вплоть до полного исчезновения, и на верхних уровнях структур кварц-альбитовые линзы и жилы выходят в неизмененные вмещающие породы. В составе метасоматитов выделяются существенно альбитовые, кварц-альбитовые и существенно кварцевые разности. Все они тесно пространственно ассоциируют с кварцевыми жилами выполнения. Типична следующая парагенетическая минеральная ассоциация верхней зоны: альбит—кварц—(хлорит)—(карбонат)—рутил—пирит.

Мощности отдельных зон осаждения по вертикали варьируют от первых десятков до 100—150 м. Суммарная мощность всех зон обычно не превышает 200—250 м. Характерен в общем малоинтенсивный тип замещений, который в отличие от процессов выщелачивания затрагивает лишь небольшую часть объема вмещающих пород. Исключение представляют объекты Греховского рудного поля, где наблюдается частичное совмещение зон осаждения и синрудных хлоритолитов с заметным возрастанием количеств метасоматических образований.

Порядок смены зон осаждения в пространстве выдерживается не на всех объектах. В случае повышенной известковистости вмещающих пород граница между хлоритовой и карбонат-хлоритовой зонами теряется из-за повсеместного присутствия перекристаллизованного карбоната исходных сред (Греховское, Снегиревское месторождения). Иногда четко не индивидуализирована зона альбита, что обычно бывает в связи с эрозией наиболее высоких уровней рудоносных структур (Иртышское и Ново-Березовское). Местами зоны осаждения срезаются полностью (Тишинское, Гусляковское) или сохраняются остатки лишь нижней зоны (Зыряновское). Тем не менее приведенная выше схема зональности, будучи реставрированной путем сопоставления многих объектов, отражает реально наблюдаемые в природе закономерности. В схематизированном виде соотношения зон выщелачивания и осаждения показаны на рис. 39.
Особенности проявления формации кварц-серицитовых метасоматитов

Отражением структуры продольной метасоматической зональности являются также отмеченные выше различия в составе продуктов центральных зон выщелачивания, на разных объектах представленных либо существенно кварцевыми породами, либо серицитолитами, либо серицит-кварцевыми метасоматитами. Данные сравнительного анализа разнотипных зон изменения дают основание полагать, что эти различия связаны со вскрытием различных уровнен регионально проявленной колонки выщелачивания, ориентированной в направлении от глубин к поверхности.

Для воссоздания этой колонки определяющее значение имеют следующие наблюдения. В пределах слабо эродированных структур с сохранившимися зонами осаждения последние обычно подстилаются серицит-кварцевыми метасоматитами (с отношением содержаний серицита и кварца в среднем 1:2). Напротив, глубоко вскрытые зоны изменения характеризуются развитием либо существенно серицитовых пород, либо кварцитов, причем имеются случаи перехода с глубиной первых во вторые (Тишинское месторождение). Уместно отметить и теоретические разработки Д.С. Kopжинского, свидетельствующие о закономерном положении существенно кварцевых пород в тыловых зонах колонок кислотного выщелачивания.

Основываясь на этих данных, структуру продольной (инфильтрационной) зональности выщелачивания можно представить в виде трех зон, последовательно сменяющих друг друга по вертикали: кварцевой, серицитовой и серицит-кварцевой (см. рис. 39, табл. 37). В обрамлении каждой из вертикально ориентированных зон формируется поперечно-зональный (боковой) ореол изменения, причем с глубиной обнаруживается тенденция к сокращению его размеров. На верхних уровнях растворопроводящих структур колонка выщелачивания сменяется колонкой метасоматитов осаждения.

В условиях конкретных рудных объектов на доступном наблюдению интервале глубин обычно представлены метасоматиты одной и в редких случаях двух зон продольной колонки кислотных продуктов. Это обстоятельство свидетельствует о «растянутом» характере зональности, при котором протяженность отдельных зон может превышать 1—2 км. На размеры метасоматических зон и выдержанность их в пространстве, очевидно, могут влиять такие факторы, как состав разнородных толщ, пересекаемых разрывными структурами «сквозного» типа, уровень кислотности минерализующих гидротерм, глубина приобретения ими агрессивных свойств и т. д. В предельном случае значительного влияния указанных факторов следует ожидать существенного усложнения строения колонки, в составе которой отдельные зоны могут быть сжаты или редуцированы.

Важным свойством продольной колонки выщелачивания является тесная связь состава метасоматитов с масштабом накопления в них серных колчеданов. Если на уровне развития кварцитов все измененные породы резко обеднены пиритом, представленным исключительно в виде рассеянных вкрапленников (Зыряновское месторождение), то в зонах развития серицитолитов появляются густовкрапленные и небольшие массивные серноколчеданные скопления (Тишинское месторождение), а на уровне серицит-кварце-вых метасоматитов вполне обычными становятся концентрированные залежи пирита, достигающие по длине нескольких сот метров и по мощности 10—20 м (Ново-Березовское месторождение). Таким образом, при движении от тыловой к фронтальной зоне колонки выщелачивания степень концентрации пирита в метасоматитах возрастает. Эта закономерность представляется весьма важной при анализе причин возникновения разнотипного колчеданно-полиметаллического оруденения.

Синрудные метасоматиты. Метасоматические образования рудной стадии значительно менее развиты, чем предрудные. Они слагают линзовидные и жилообразные тела, нередко окаймляющие полиметаллические залежи, причем как руды, так и метасоматиты вписаны в контур ореолов выщелачивания.

Минеральная ассоциация синрудных метасоматитов относительно проста. Ведущие породообразующие минералы — хлорит (обычно магнезиальный и реже железисто-магнезиальный), карбонаты (кальцит, доломит, анкерит, брейнерит), альбит, кварц, рутил и пирит. Иногда присутствует перекристаллизованный серицит вмещающих пород. В основном выделяются существенно хлоритовые и карбонат-хлоритовые метасоматиты; менее представлены альбитовые и кварц-альбитовые разности. В пространственном распределении образований различного состава иногда устанавливаются элементы продольной зональности, выраженные в смене по восстанию структур карбонат-хлоритовых и хлоритовых пород штокверковыми зонами кварц-альбитовых метасоматитов (Ново-Березовское месторождение). Альбитовые прожилки обычны и в рудной зоне Зыряновского месторождения, а на Иртышском месторождении, по данным Ю.Ю. Воробьева, количество альбитовых скоплений может достигать 15% от массы руд. Интересно, что в последнем случае на уровне развития альбититов количество хлоритовых метасоматитов заметно понижено. Исходя из предполагаемого строения синрудной продольной колонки (см. рис. 39) есть основание ожидать здесь повышения степени хлоритизацин с глубиной.

В размещении карбонатсодержащих и бескарбонатных разностей метасоматитов какой-либо закономерности не устанавливается. Карбонат обычно образует рассеянную вкрапленность и прожилки в хлоритолитах, причем его количество не превышает 15—20% от объема пород. Отсутствуют и проявления поперечной зональности, что свойственно всем типам синрудных образований.

Временные взаимоотношения метасоматитов и руд неоднозначны. В одних случаях все гидротермолиты сближены по времени выделения и образуют единый парагенетический минеральный комплекс (Иртышское, Ново-Березовское месторождения), в других случаях они разделены периодом формирования иных послемагматических продуктов (например кварцитов на Тишинском месторождении), и руды выступают как образования наложенные на измененные породы. Тем не менее пространственная ассоциация указанного типа метасоматитов и руд выдерживается на всех объектах. Как и при локализации серных колчеданов, обнаруживается зависимость масштаба развития синрудных продуктов от их положения в продольной колонке выщелачивания. С переходом от нижней (кварцевой) к верхней (серицит-кварцевой) зоне количество новообразований нарастает от немногочисленных маломощных линз до крупных метасоматических залежей, длиной в несколько сотен метров при мощности 20—30 м и более (хлоритолиты Ново-Березовского месторождения).

Особенности механизма и химизма метасоматических процессов. Как предрудным, так и синрудным метасоматитам свойственны полнокристаллически-зернистые структуры, что свидетельствует об истинном характере минерализующих растворов. Судя по особенностям проявления метасоматической зональности, последние, очевидно, вступали в сложное инфильтрационно-диффузионное взаимодействие с вмещающими породами.

Центральные зоны выщелачивания, отличающиеся максимальной степенью динамометаморфизма пород и, следовательно, повышенной проницаемостью при движении гидротерм, правомерно рассматривать в качестве проводящих растворы каналов. Реакции компонентов раствора и замещаемых пород на путях подъема гидротермальных потоков обусловливали формирование продольной (или инфильтрационной) зональности. Встречная диффузия компонентов раствора и пород в поперечном к потокам направлении явилась определяющим фактором в возникновении поперечных (диффузионных) метасоматических зон.

Анализ химизма метасоматических реакций показывает, что «первичная» специализация раствора была обусловлена повышенными активностями калия и серы, игравшими роль вполне подвижных компонентов, а также кремнекислоты, выступающей в качестве избыточного компонента раствора. На уровне тыловой зоны гидротермального потока в условиях максимальной кислотности растворов переводились в подвижное состояние и выносились практически все компоненты замещаемых пород (исключая титан), причем освободившийся объем компенсировался отложением крем-некислоты, что определило появление зоны кварцитов. При дальнейшей инфильтрации гидрогерм в силу изменяющихся условий минералообразования (важнейшее из которых понижение кислотности) происходило массовое выпадение одного из наименее подвижных компонентов — алюминия, формировавшего в соединении с калием и кремнеземом зону существенно серицитовых метасоматитов. Наконец, на самых верхних уровнях потока кислотных гидротерм, где в составе серицит-кварцевых метасоматитов отношение содержаний SiO2: Al2O3 приблизительно соответствует таковому в исходных породах, поступление алюминия прекращалось в ведущее значение приобретал процесс накопления железа в виде серных колчеданов.

Таким образом, железо и алюминий в рассматриваемом процессе заметно отличаются подвижностью, железо подвижнее алюминия, оно раньше переводится в раствор и позднее из него высаживается. Оба компонента, вполне подвижные в зоне кварцитов, в дальнейшем выступают как «перемещенные инертные» составляющие пород, так как их массы определяют объемы метасоматических новообразований (серицита, пирита) в соответствующих зонах. Именно благодаря дифференцированному по вертикали переотложению перемещенных компонентов возникает продольная зональность на интервале выщелачивания (табл. 37).

Последовательность осаждения алюминия и железа хорошо согласуется с экспериментами С.И. Набоко по кислотному выщелачиванию вулканогенных пород под воздействием природных (в областях современного вулканизма) и искусственных растворов. По данным этого исследователя, при pH менее 3 (температура 100°C, давление атмосферное) оба компонента переходят в раствор. Снижение кислотности до 4 вызывает выпадение из раствора алюминия, а при pH 5 начинается отложение железа.

В пределах зон инфильтрации гидротерм повсеместно устанавливается вынос натрия, кальция и магния, что выражается в практическом отсутствии в составе минеральных парагенезисов таких минералов, как альбит, карбонат и хлорит. Эти минералы разлагаются и в околотрещинном пространстве под воздействием компонентов раствора, диффундирующих в стороны от проводящего флюиды канала. Последовательность замещения минералов исходного продукта кварцем и серицитом определяет тип зональной колонки (см. табл. 36), а порядок выноса компонентов — ряд их подвижности. Несмотря на заметные различия в составе замещаемых пород, этот ряд достаточно выдержан и применительно к ведущим элементам-индикаторам поперечной зональности выглядит следующим образом (в направлении снижения подвижности): натрий — кальций магний. Ряд подвижности компонентов для процесса выщелачивания в целом можно представить в виде: H2O, CO2, S, К, Na, Si, Ca, Mg, Fe, Al, Ti.

На характер поперечно-зональных колонок определенное влияние оказывает и уровень их развития в инфильтрационной колонке кислотных продуктов. Так, в случае формирования колонки в обрамлении серицитолитов возрастание содержаний глинозема наблюдается не только в центральной, но и в следующей к периферии зоне (Тишинское месторождение). Аналогичные явления, но уже связанные с распределением пирита, отмечаются на уровне накопления серных колчеданов (Ново-Березовское месторождение). Учитывая эти данные, а также объективно выраженные отличия в составе центральных зон выщелачивания, зависящие от изменения pH растворов в каналах инфильтрации, каждую из такого рода поперечно-зональных колонок (см. табл. 36, тип I) можно рассматривать как метасоматическую фацию кислотности в составе формации кварц-серицитовых метасоматитов.

Важная роль диффузионных явлений при формировании ореола кислотного выщелачивания подчеркивается широкими вариациями содержаний ряда элементов в минералах переменного состава (хлоритах, карбонатах), что как раз свойственно диффузионным колонкам.

Возможности диффузионного массопереноса определяются повышенной пористостью рассланцованных пород и их водонасыщенностью, в связи с обилием сближенных трещинных проводников гидротерм. Как показали эксперименты А.С. Лапухова, в этих условиях продвижение диффузионного фронта замещений достигает нескольких сотен метров за время, исчисляемое первыми десятками тысяч лет (рис. 40). Близкие цифры вытекают и из расчетных данных Д. С. Коржинского. Несколько меньшие значения (десятки метров за сотни тысяч лет) получены при экспериментах по кислотному выщелачиванию гранитоидов, Во всех случаях возможность формирования достаточно широких диффузионных ореолов за допустимые в геологическом отношении промежутки времени выглядит вполне реальной.

Одним из результатов последнего из упомянутых исследований является установление зависимости скорости разрастания диффузионных колонок, от времени. Эта зависимость выражается уравнениями типа х=wVt, где х — расстояние, t — время, w — скорость перемещения границ зон. Отсюда вытекает прямая связь масштаба развития диффузионных зон с продолжительностью инфильтрации растворов по трещинным каналам. Имеющиеся данные о размерах поперечно-зональных ореолов выщелачивания на Рудном Алтае, достигающих в одном из боковых направлений 300—350 м, свидетельствуют о весьма длительном периоде подъема кислотных гидротерм, воздействовавших на вмещающие породы в зонах смятия, по-видимому, в течение нескольких сотен тысяч лет.

Инфильтрационно-диффузионный механизм формирования рудоносных зон кварц-серицитовых метасоматитов имеет аналоги в областях современной вулканической деятельности. Так, согласно исследованиям Ю.П. Трухина и В.В. Петровой, на Больше-Банном и Паратунском месторождениях термальных вод (Камчатка) наиболее интенсивные изменения пород (типа пропилитизации) с формированием минимального числа минеральных фаз устанавливаются в зонах дробления, характеризующихся наибольшими значениями коэффициента фильтрации и наличием потоков минерализованных гидротерм. В обрамлении этих зон метасоматические явления осуществляются путем реакций минералов вмещающих сред с застойными поровыми растворами. Macco-обмен между движущимися потоками и поровыми растворами, по данным упомянутых исследователей, происходит диффузионным путем. Интересно отметить значительное понижение кислотности застойных вод по сравнению с движущимися растворами.

Специфическая особенность формации кварц-серицитовых метасоматитов — постоянно фиксируемый привнос калия в процессе выщелачивания. Обогащение калием выщелоченных сред наблюдается на всех уровнях ореола изменения (исключая лишь зону кварцитов) и практически независимо от состава замещаемых пород. Устойчивая выдержанность этого явления в регионе дает основание видеть его причину в изначально высоких активностях калия в кислотных гидротермах, что отличает кварц-серицитовые метасоматиты от других родственных формаций, связанных с кислыми магмами, таких, например, как вторичные кварциты, нередко характеризующиеся выщелачиванием в «чистом виде», или кварц-альбитовые метасоматиты (эйситы), возникающие при высоких активностях натрия в гидротермах. Определяющая роль повышенных концентраций калия в растворах при формировании слюдистых парагенезисов в тыловых зонах колонок выщелачивания подтверждается экспериментами Ю.Б. Шаповалова и Г.П. Зарайского.

Обратимся к рассмотрению химизма явлений осаждения компонентов. Как отмечалось, на всех уровнях ореола выщелачивания происходит вынос натрия и щелочноземельных элементов из состава пород, подвергающихся кварц-серицитовому замещению. Частично указанные компоненты переотлагаются в виде мелких прожилково-вкрапленных сегрегаций (хлоритовых, карбонатных и т. д.) непосредственно в зонах выщелачивания, но главная их масса переводится в раствор и выносится. Следы осаждения оснований обнаруживаются в составе зонального комплекса метасоматитов осаждения, развитого на верхних уровнях растворопроводящих структур.

Причину осаждения оснований можно видеть в естественном понижении кислотности растворов по мере накопления в них продуктов реакций с вмещающими породами или как результат падения температуры гидротерм на путях их инфильтрации к поверхности. Имеющиеся, однако, данные о выклиниваниях зон рассланцевания на уровнях осаждения с резкой сменой зон выщелачивания зонами отложения при переходе к менее динамометаморфизованным породам приводят к выводу о весьма важной роли экранов в рассматриваемом процессе.

Экранирующая роль менее проницаемых пород определяется явлениями фильтрационного эффекта. Исследованию его посвящено большое число работ. В наиболее простом варианте — «эффекте сита» — сущность фильтрационного эффекта сводится к различной скорости фильтрации элементов, обладающих разными ионными радиусами с учетом их гидратации, причем быстрее фильтрующимися оказываются элементы с меньшими радиусами гидратированных ионов. Поскольку компоненты растворителя обладают меньшими ионными радиусами и легче проходят фильтр, чем основания, последние могут пересыщать раствор и на фронте сужения каналов инфильтрации выпадать в осадок.

Проведенными экспериментами установлена немаловажная роль и ряда других факторов. Суммируя их, В.А. Жариков отмечает, что величина фильтрационного эффекта определяется природой фильтра (заряд, потенциал, размер пор), природой иона (заряд иона, валентность, радиус) и характером раствора (концентрация, скорость течения).

Количественная оценка относительной миграционной способности элементов разработана достаточно полно пока лишь с точки зрения соотношения величин их ионных радиусов (табл. 38).

Как показывают данные табл. 38, при прочих равных условиях способность компонентов проходить экранирующие среды возрастает в направлении от алюминия к натрию. Относительный порядок значений, характеризующих щелочные земли и натрий, вполне соответствует их зональному размещению в комплексе метасоматитов осаждения, а именно — накоплению магния в нижней (хлоритовой) зоне, кальция — в средней (карбонат-хлоритовой) зоне и натрия — в верхней (кварц-альбитовой) зоне (см. рис. 39, табл. 37). Интересно также отметить различную миграционную способность алюминия и железа, реализующуюся, как мы видели, в зональном распределении этих элементов в инфильтрационной колонке выщелачивания.

Сопоставление суммарных объемных параметров зон выщелачивания и надрудных зон осаждения, а также масштабов вытеснения и переотложення оснований указывает на существенную не-сходимость баланса привноса и выноса вещества. Действительно, зоны выщелачивания, нередко практически стерильные в отношении натрия и щелочноземельных элементов, образуют мощные (до нескольких сот метров) и протяженные тела, глубина распространения которых по буровым и геофизическим данным не менее 2—3 км. Зоны же осаждения образуют маломощную (200—300 м) «шапку» сжатую до ширины в несколько десятков метров (редко до 100—150) на верхних выклиниваниях структур. При этом характер накопления минеральных новообразований в большинстве случаев рассеянный прожилково-вкрапленный. Ориентировочный подсчет баланса миграции вещества на Ново-Березовском месторождении показал, что в зонах осаждения концентрируется не более 10—15% оснований, выщелоченных из пород на интервале в 1 км по вертикали. Реальная же протяженность серицит-кварцевых струй на глубину здесь значительно большая.

По-видимому, надрудные зоны осаждения являются концентраторами оснований, вынесенных из пород лишь па верхних уровнях выщелачивания. Главная же масса основных компонентов, очевидно, накопилась в тыловой зоне потока кислотных гидротерм и, согласно концепции Д. С. Коржинского о щелочно-кислотной дифференциации растворов, поступила на уровни наблюдения в виде более поздних скоплений синрудных метасоматитов. Возрастание масштаба концентрации последних по мере движения от тыловой к фронтальной части инфильтрационной колонки выщелачивания свидетельствует о важной роли вертикального интервала путей движения растворов (и соответственно объемов выщелоченных пород) в накоплении оснований.

Продольная зональность в размещении синрудных метасоматитов, выраженная в локализации альбитовых и кварц-альбитовых пород над хлоритовыми и карбонат-хлоритовыми, находит объяснение в тех же явлениях фильтрационного эффекта, которые присущи надрудным зонам осаждения. По сути, в комплексе синрудных образований, имеющих аналогичный последним состав, должна проявляться и близкооднотипная зональность, но в «растянутом» варианте, когда не все зоны представлены на одном объекте. Если, однако, в части зоны осаждения натрия это действительно имеет место (Ново-Березовское, Иртышское месторождения), то разобщение зон отложения магния и кальция в настоящее время достоверно не установлено. По-видимому, в этом направлении необходимы дополнительные исследования.

Данные температур гомогенизации газово-жидких включении в кварце метасоматитов выщелачивания определяют интервал максимальных значений в 330—400° С (без поправки на давление) снижающихся в пределах одних и тех же зон изменения иногда до 200—220° С. Давления, определенные тем же методом, составляют обычно 600—800 кгс/см2, но в отдельных случаях (Зыряновское месторождение) достигают 1000—1500 кгс/см3, Судя по расчетным данным О.В. Андреевой, парагенезисы центральных зон выщелачивания формируются при pH порядка 3. Промежуточным и внешним зонам свойственны менее кислотные условия, о чем свидетельствует понижение «условных потенциалов ионизации» в ряду карбонатов: магнезит (203,0) — анкерит (199,5) — доломит (195,0) — кальцит (187,0). Возрастание щелочности намечается также при образовании метасоматитов осаждения и синрудных продуктов, так как в этих случаях характерна реакция замещения серицита (201,6) хлоритом (193,0).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: