Физико-химические условия формирования околорудных метасоматитов

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Физико-химические условия формирования околорудных метасоматитов

02.08.2020

Колчеданно-полиметаллическое оруденение сопровождается образованиями ограниченного числа метасоматических формаций. Ведущее значение имеют формации кварц-серицитовых метасома-титов, березитов, вторичных кварцитов и карбонат-хлоритовых метасоматитов. Соответственно диапазон физико-химических условий развития околорудно измененных пород на большинстве месторождений рассматриваемого типа определяется интервалами значений важнейших термодинамических параметров, в которых возможно существование упомянутых формаций.

К настоящему времени накоплен обширный эмпирический, расчетный и экспериментальный материал, характеризующий условия образования отдельных минералов метасоматитов, составляющих их минеральных ассоциаций и даже некоторых метасоматических колонок. Нa основе этих данных составлены обобщающие диаграммы и схемы, позволяющие представить положение отдельных формаций в полях изменяющихся значений ряда основных факторов минералообразования, наметить их граничные условия устойчивости и направления взаимопереходов. Рассмотрим в данном аспекте интересующие нас формации.

Формация кварц-серицитовых метасоматитов первоначально была выделена как глубинный аналог низкотемпературных фаций вторичных кварцитов. В диаграмме-мультисистеме с координатами t°С — lg ак/aн, составленной И.П. Ивановым и В.И. Фонаревым по экспериментальным данным, основное поле формации располагается в температурном интервале 250—400° С и сдвинуто в более щелочную область (а также в направлении возрастания активности калия) относительно низкотемпературной части поля вторичных кварцитов (рис. 47). Основываясь на материалах названных исследователей, интервал значений pH, в котором устойчивы кварц-серицитовые метасоматиты, можно ориентировочно оценить в 3—5.
Физико-химические условия формирования околорудных метасоматитов

Приведенной оценке кислотности близки расчетные данные О.В. Андреевой, показавшие величину pH около 3. В то же время температура образования метасоматитов дается заметно меньшая, колеблющаяся в интервале 230—180° С. Впрочем, по этому поводу в работе О. В. Андреевой имеется оговорка, касающаяся возможных неточностей исходных термодинамических величин. По данным гомогенизации включений в метасоматитах рудно-алтайских месторождений наиболее обычен температурный интервал в 350—200° С.

В последнее время метасоматическая колонка формации кварц-серицитовых метасоматитов была воспроизведена экспериментально при воздействии калийсодержащего кислотного раствора на кварцевый диорит. Тыловая зона колонки представлена ассоциацией кварц — серицит — пирит. С удалением от источника раствора пирит сменяется хлоритом, а еще далее появляется кальцит. Колонка была получена в следующих условиях; t = 350° С, lg К+/Н+=2,04, xCO2 = 0,l, р = 1000 кгс/см2. Из экспериментов следует, что при одинаковой температуре, давлении и мольной доле углекислоты в растворе главным фактором, определяющим развитие того или иного типа метасоматической колонки, служит отношение ск+/сн+ в растворе, т. е. отношение «калиевости» к кислотности раствора. Возрастание этого отношения приводит к смене аргиллизитовых колонок березитовыми и далее кварц-калишпатовыми (рис. 48). Для разграничения полей развития березитов и кварц-серицитовых метасоматитов, по мнению упомянутых исследователей, определяющую роль играют мольная доля СО2 в растворе и температура, действующие в противоположных направлениях. С повышением концентрации углекислоты граница кварц-серицитовых метасоматитов с березитами отодвигается в область все более высоких температур.

Формация берез и тов отличается от формации кварц-серицитовых метасоматитов большей устойчивостью полевых шпатов и развитием в промежуточных зонах колонки минеральной ассоциации кварц — серицит — карбонат (анкерит, доломит, реже кальцит, брейнерит и др.). Тыловые парагенезисы березитов идентичны таковым формации кварц-серицитовых метасоматитов и представлены в основном кварцем, серицитом и пиритом. Они указывают на кислый характер березитирующих растворов, имеющих, согласно расчетным данным Б.И. Омельяненко, pH в пределах 2,8—5,7. По мнению И.П. Щербаня, березиты (а также листвениты) представляют собой продукт одностадийного взаимодействия слабокислых или близких к нейтральным (pH 6—7) калиево-углекислых растворов с породами различного состава, причем для полной реализации этого взаимодействия должны выполняться три основных условия: относительно высокая активность углекислоты в растворах, последовательное возрастание их щелочности по мере приближения к неизмененным породам и сравнительно низкая температура, не превышающая 250—300° С.

В схеме классификации низкотемпературных метасоматитов И.П. Щербаня (рис. 49) березиты располагаются между аргиллизитами и кварц-калишпат-карбонатными метасоматитамн (гумбеитами). Следует отметить, что температурный интервал в 200—300° С считается характерным для березитов и рядом других исследователей.

В экспериментах Г.П. Зарайского и Ю.Б. Шаповалова мета-соматическая колонка березитов была получена искусственным путем. На графике, отображающем результаты этих экспериментов (см. рис. 48), поле стабильности березитов ограничено со стороны низких значений pH координатой 1,6, а со стороны высоких температур — значением 340° С. С понижением температуры область развития березитов смещается вправо, в сторону менее кислотных растворов. В направлении возрастания кислотности березиты сменяются аргиллизитами, а при повышении температуры — кварц-калишпатовымн метасоматитами с анкеритом (гумбеитами). По мнению Г.П. Зарайского и Ю.Б. Шаповалова, допустимая для формирования березитов область значений pH заключена в пределах 1,7—4,9 при t = 310° С и 2,9-7,6 при t = 240° С. Таким образом, диапазон вариаций кислотности — щелочности растворов оказывается весьма значительным. Предельные температуры образования березитов, по данным указанных исследователей, вряд ли превышают 340° С.

Формация вторичных кварцитов формируется в весьма широком интервале значений ряда основных физико-химических параметров. Судя по схеме (см. рис. 47), температурный интервал устойчивости вторичных кварцитов составляет приблизительно 260—700° С. Логарифм отношения ак+/ан+ варьирует в пределах от —1,0—4,8, что при переходе к единицам pH (при концентрации калия в растворе, равной 0,1М) составляет 0—5,8.

В поле устойчивости вторичных кварцитов наиболее высокотемпературными являются кварц-андалузитовый и андалузит-корундовый парагенезисы. При более низких температурах стабильны пирофиллнт-корундовая, пирофиллит-диаспоровая и кварц-пиро-филлитовая ассоциации. Наименьшие температуры образования свойственны ассоциациям с каолинитом. Кварц-мусковитовый (серицитовый) парагенезис устойчив и широком диапазоне температур (от средних до низких), занимая наименее кислотную область поля вторичных кварцитов.

Близкие выводы о пределах стабильности отдельных минеральных ассоциаций (фаций) вторичных кварцитов вытекают из сводных диаграмм, построенных В.А. Жариковым и др. для системы К2О—Al2O3—SiO2—H2O. В указанной работе отмечается, что в приближенных к природным условиях поля устойчивости ассоциаций с пирофиллитом не поднимаются по температуре выше 350—370° С, а ассоциаций с андалузитом не опускаются ниже 300—320° С. По мнению И.П. Щербаня (см. рис. 49), нижняя температурная граница вторичных кварцитов опускается до значений 160—170° С, а величина pH составляет менее 4—5.

Поскольку колчеданно-полиметаллическое оруденение обычно ассоциирует с серицитовымм (гидрослюдистыми), пирофиллитовыми и каолинитовыми фациями вторичных кварцитов, наиболее вероятный температурный интервал формирования соответствующих рудно-метасоматических комплексов 200—400° С. С петрогенетической точки зрения представляют интерес эксперименты Ю.Б. Шаповалова и Г.П. Зарайского], получивших зональные колонки вторичных кварцитов (с андалузитом, пирофиллитом, мусковитом) при воздействии на гранит чистой соляной кислоты без примеси калия. При введении этого компонента в раствор даже в небольших количествах не образовывался пирофиллит, а при нарастании концентраций KCl исчезал и андалузит. Вместо указанных минералов в колонках господствовал мусковит, а при особо высоких концентрациях калия — микроклин.

Эти данные наводят на мысль о том, что в природных условиях вторичное окварцевание обусловливается воздействием кислотных растворов, «не специализированных» калием. Видимо, это обстоятельство определяет существование во внутренних зонах метасоматитов скоплений андалузита, корунда, диаспора и других высокоглиноземистых минералов, не содержащих в своем составе щелочных компонентов. Располагающиеся в аналогичной позиции скопления глинозема в колонках кварц-серицитовых метасоматитов и березитов, как правило, связываются с калием в виде серицитовых масс.

Формация карбонат-хлоритовых метасоматитов с точки зрения физико-химических условий минералообразования изучена слабо. В достаточном количестве имеются лишь определения температур гомогенизации включений в минералах, характеризующих в основном рудные ассоциации, парагенные с метасоматитами. Что же касается прочих термодинамических параметров, то они оцениваются грубо ориентировочно из-за малого количества эмпирических и экспериментальных данных, а также из-за отсутствия сколько-нибудь точного анализа реакций образования хлоритсодержащих парагенезисов в системе K2O(Na2O) — MgO — Al2O3 — SiO2 — H2O.

Экспериментами по искусственному воспроизведению явлений хлоритизации выявляется весьма широкий диапазон температур устойчивости хлорита (обыкновенного — с межслоевым расстоянием в 14А), верхний предел которого превышает 700° С, а нижний опускается ниже 300 и даже 200° С. Наиболее высокую температуру образования имеет магнезиальный хлорит (рис. 50). Кривые разложения железистых хлоритов (дафнит) лежат ниже на 100°C и более. Однако устойчивость Fe(Mn)-содержащих хлоритов зависит не только от температуры, но и от парциального давления кислорода. Присутствие в хлоритах примеси кварца и других фаз приводит к весьма существенному понижению верхнего температурного предела устойчивости, составляющего в этих условиях для магнезиальной разности хлорита 575—600°С, магнезиально-железистой разности 500—600° С, а железистой равности 480—525°С (см. рис. 50). Следует отметить, что на рудноалтайских месторождениях рассматриваемой формации интервал наиболее обычных значений температур гомогенизации включений составляет 150—350°С.

И.П. Щербань на основе термодинамических расчетов и собственных экспериментов считает, что в низкотемпературных гидротермальных условиях образование хлорита метасоматическим путем за счет алюмосиликатных минералов может быть реализовано при повышенных значениях pH растворов (в стандартных условиях pH5=8,5) в широком диапазоне активностей калия, натрия и магния, значительно перекрывающем возможные колебания активностей этих компонентов и природных гидротермальных системах. При этом в условиях пониженных температур (менее 300° С) возрастает активность углекислоты, что влечет за собой возникновение карбонат-хлоритовых парагенезисов. При более высоких температурах господствуют бескарбонатные хлоритовые и кварц-хлоритовые ассоциации (см. рис. 49). Последнее обстоятельство хорошо согласуется с вертикальной зональностью в размещении метасоматитов с выделением существенно хлоритовых и кварц-хлоритовых пород в тыловой зоне колонки, а карбонат-хлоритовых пород в вышележащей зоне, что отвечает также и последовательному нарастанию щелочности растворов.

Приведенные данные об условиях формирования карбонат-хлоритовых метасоматитов относятся к рудоносному уровню осаждения. Что же касается метасоматитов выщелачивания, развитых на рудоподводящих путях, то они с определенной долей условности могут быть сопоставлены с кислотными продуктами формаций березитов (в случае развития парагенезиса кварц — серицит — карбонат) или кварц-серицитовых метасоматитов (при господстве бес-карбонатных ассоциаций в промежуточных зонах выщелачивания).

Судя по имеющимся геологическим данным, глубина формирования объектов формации карбонат-хлорнтовых метасоматитов на Рудном Алтае колеблется от приповерхностных уровней до 1—1,5 км. Соответственно предельное общее давление можно ориентировочно оценить в 250—400 атм. В этот интервал вписывается и единичное термобарометрическое определение давления на Рубцовском месторождении, составившее 50 кгс/см2. Относительно небольшие давления определяют и невысокие температуры образования хлоритсодержащих парагенезисов, как это следует из конфигурации экспериментальных кривых (см. рис. 50).

Завершая краткий обзор физико-химических условий формирования рудосопровождающих метасоматических формаций, следует констатировать, что основная масса метасоматитов формируется в низкотемпературной обстановке под воздействием кислотных растворов. В то же время, как показывает анализ минеральных парагенезисов, руды отлагаются при изменении характера гидротерм от кислотного к нейтральному и щелочному. Щелочные метасоматиты не получают обычно широкого распространения и оказываются в подчиненном положении по отношению к обрамляющим их кислотным продуктам. Лишь на объектах формации карбонат-хлоритовых метасоматитов щелочные минеральные пара-генезисы распространяются за пределы ореола выщелачивания и сопровождают сульфидные залежи.

В ряду «кислотных» формаций отдельные его представители заметно отличаются по физико-химическим параметрам. В направлении от вторичных кварцитов к кварц-серицитовым метасоматитам и березитам понижаются температуры минералообразования и возрастают значения pH, активности углекислоты и калия в растворах. Указанные различия реализуются в природных процессах в виде разнотипных минеральных ассоциаций и разнотипных метасоматических колонок.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: