Петрография метаморфических пород Лекция метасоматоз Метасоматоз метасоматизм

Петрография метаморфических пород Лекция: метасоматоз

Метасоматоз (метасоматизм) - метаморфический процесс в ходе которого происходят минералогические, текстурно - структурные преобразования исходных пород, а также качественные изменения их химического состава. Основные агенты: химически - активные растворы (Х) и Т. Х привносят в исходную породу одни компоненты и выносят другие. Процесс растворения старых минералов и образование новых идет одновременно, порода сохраняет твердое состояние. Синоним- аддитивный метаморфизм - процесс с привносом и выносом компонентов подразделяется на автометаморфизм(1) и аллометаморфизм (2). 1. Источником Х является сама магма или порода из нее возникшая (порода и растворы генетически связаны меду собой). 2. Процесс обусловлен воздействием Х не связанных с образованием г. породы. Перенос вещества Инфильтрационным способом медленное просачивание по ослабленным зонам инфильтрационный метасоматоз Диффузионным способом через неподвижные поровые растворы диффузионный метасоматоз

Источники химически активных растворов §Поверхностные или вадозные воды континентов (дождевая, озерная, речная, грунтовая) §Морские воды в том числе реликтовые (захороненные) воды §Магматогенные растворы (флюид) §Метаморфогенные растворы (дегитротация минералов при прогрессивном мета - ме) Агрегатное состояние гидротермальных растворов: жидкое, надкритическое, кипящее. Критическая Т воды при атмосферном давлении Р=0, 22 МПа составляет3740 С. В минерализованных соленых водах критическая точка смещается в область более высоких Т В ходе эволюции растворов агрегатное состояние неоднократно меняется, и растворы обозначают общим понятием флюид Общая минерализация растворов варьирует от 1 -5% до 50 - 60% (рассолы) Главные компоненты: вода, углекислота, хлориды К и Na, реже хлориды и сульфаты Ca и Mg, F, S в сульфидной форме. В меньшем количестве: Fe, азот (NH 4 ), углерод в форме HCO 3 -2 или CO 3 - , Li, B. В газовой фазе равновесной с гидротермальным раствором кроме паров воды присутствуют CO 2, H 2, CH 4, N 2, и более редкие газы. Растворы содержат Cu, Pb, Zn, Mo, Wo, Sn, Au, Ag и другие металлы. Источником металлов служат как магматические расплавы, так и фильтруемые породы.

Продолжительность жизни современных гидротермальных систем –тысячи и десятки тысяч лет. В геологическом прошлом некоторые из таких систем развивались на протяжении миллионов лет

Породы возникающие при метасоматозе- метасоматиты имеют весьма разный состав. Общие особенности: §размещение метасоматитов контролируется зонами повышенной проницаемости (контакты разнородных пород, дизъюнктивные нарушения, зоны трещиноватости и рассланцовки) §в самих метасоматитах явления замещения одних минералов другими приводят к возникновению различных реликтовых и новообразованных структур и текстур. §в строении тел метасоматитов часто наблюдается зональность - каждая зона имеет характерный химический и минеральный состав, - текстурно-структурные особенности, - часто выражены по цвету, - границы между зонами резкие или постепенные §процесс идет без изменения объема пород. Это явление получило название закона постоянства объемов при метасоматозе (закон Линдгрена ) Условия формирования метасоматической зональности охарактеризованы и обоснованы Д. С. Коржинским на основании теоретического физико-химического моделирования. лиственит

Текстурно- структурные особенности метасоматитов Структуры: по абсолютным размерам составных частей встречаются все разновидности от грубозернистых до тонкозернистых. структуры замещения: §замещение жилками ранее существовавшего минерала или породы в целом. § (процесс серпентинизации оливина). §образование псевдоморфоз (лимонит - пирит) §замещение агрегатом(серицитизация, соссюритизация, каолинизация и т. д. ) Текстуры: реликтовые текстуры исходных пород: полосчатые, пятнистые. В целом для метасоматитов характерны различные неоднородные текстуры, Минеральные фации метасоматитов – совокупность минеральных парагенезисов, находящихся в локальном химическом равновесии с гидротермальным раствором в определенных интервалах температуры (Т) и кислотно-щелочности (р. Н). Минеральная фация объединяет метасоматические горные породы, которые развиваются по протолиту разного состава под воздействием растворов, имеющих одинаковую T и щелочность-кислотность

Соотношения между различными типами метасоматитов отражены на диаграмме «температура-щелочность –кислотность» (Н. Ю. Бардина, В. С. Попов, 1991 г. В зависимости от р. Н выделены области: o щелочных; o нейтральных ; o кислых растворов и группы пород, равновесные по отношению к этим растворам по Т метасоматиты разделены на: o низкотемпературные o среднетемпературные o высокотемпературные Критерием выделения того или иного типа метасоматитов служит минеральная ассоциация (парагенезис) устойчивая в относительно узких интервалах Т и р. Н (табл. )

Типы метасоматитов малых глубин Равновесные со щелочными растворами Типы метасоматитов прот олит Минеральный состав метасоматитов То, С p. H Фениты 1, 2, 3 Нефелин, кпш, щелочные пироксены и амфиболы, биотит, магнетит, кальцит 800500 10 -8 Содалитовые 1, 2 Содалит, кпш, щелочные пироксены и амфиболы, биотит, меланит, кальцит 600300 9, 5 -8 Анальцимовые 1, 2 Анальцим, кпш, щелочные пироксены и амфиболы, хлорит, кальцит, флюорит 350200 9 -7 Микроклиниты 1 Микроклин, биотит, эгирин 600400 8, 5 -7 Альбититы 1, 2 Альбит, эгирин, рибекит, магнетит 500300 3 Эгирин, флюорит, кальцит 500300 8 -7 Эйситы 1, 2, 3 Альбит, кварц, хлорит, кальцит, анкерит, 300 апатит, гематит 150 7 -6 Nb, Zr, Be, РЗЭ 8 -7 Эгиринфлюоритовые Руда U, Mo Протолит: 1 - кислые магматические, терригенные ; 2 – магматические породы повышенной основности ; 3 – карбонатные породы

Равновесные с нейтральными растворами Типы метасоматитов протолит Минеральный состав метасоматитов То, С p. H Руда Магнезиальные скарны 3 Форстерит, диопсид, фассаит, кальцит, шпинель, периклаз, флогопит, бораты 900600 85, 5 Fe, B Известковые скарны 1, 2, 3 Гроссуляр-андрадит, диопсид-геденбергит, волластонит, везувиан, эпидот 700450 85, 5 Кварц-кпш (биотитовые) 1, 2 Ортоклаз-микроклин, флогопит-биотит, кварц, ангидрит 600350 6, 54, 5 Кварц-альбитовые (плагиоклазовые) 1, 2, 3 Альбит (плагиоклаз), кварц, амфибол, биотит, везувиан, карбонат 500300 6, 54, 5 Турмалиниты 1, 2 Турмалин, кварц, серицит, хлорит 500250 6, 53, 5 Sn, W, Cu Пропилиты 1, 2 Эпидот, актинолит, хлорит, альбит, адуляр, цеолиты, кальцит, пирит 350150 6, 54, 5 Cu, Zn, Pb, Au, Ag Гидрослюдиты 1, 2 Гидрослюды, смешаннослойные силикаты, анкерит, кварц 15050 6, 54 Au, U, As, Sb, Hg Sn, Mo, Cu

Равновесные с кислыми растворами Типы метасоматитов протолит Минеральный состав метасоматитов То, С p. H Пол. иск Mo, Sn, W, Be, Ta, Bi Грейзены 1 Мусковит-лепидолит, кварц, топаз, альбит, флюорит 500300 5 -3 Слюдиты 2, 3 Флогопит, биотит, мусковит, парагонит, маргарит, флюорит, тальк, хлорит, 500300 5, - Серицитолиты (березиты) 1 Серицит, кварц, кальцит, доломитанкерит, пирит 400200 5 -4 Листвениты 2 Фуксит, доломит-анкерит, магнезитбрейнерит, кварц, пирит 400200 5 -4 Аргиллизиты 1, 2 Каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, цеолиты, опал, аллофан, галлуазит, сидерит, кварц 300 -50 5 -2 Au, U, As, Sb, Hg Вторичные кварциты 1, 2 Кварц, корунд, диаспор, андалузит, пирофиллит, серицит, алунит, гематит, пирит, марказит 500300 4 -1 - Mo, Cu, Zn, Pb, Bi, Au, Ag, U

Классификация метасоматитов Генетическая классификация процессов и продуктов метасоматоза по Д. С. Коржинскому. Основа: принцип дифференциальной подвижности компонентов Инертные переходя из одного минерала в другой в целом остаются в породе Подвижные легко вымываются и переносятся растворами. Пример: замещение магнетита - пиритом- лимонитом железо остается , а сера и кислород привносится и уносится Главный фактор смены минеральных парагенезисов (по Коржинскому) - это режим кислотности - щелочности растворов, которые претерпевают закономерную эволюцию от слабощелочных к кислым, а затем снова к щелочным.

На основе этих представлений предложена генетическая классификация: I. Процессы и продукты магматической стадии (фенитизация, магматическая гранитизация, полевошпатовый метасоматоз) II. Процессы и продукты постмагматических стадий: 1. ранней щелочной стадии (скарны) 2. кислотной стадии (грейзены) 3. поздней щелочной стадии: - продукты регионального метасоматоза - продукты низкотемпературного околотрещинного метасоматоза Процессы I типа являются прогрессивными, т. е. идут при повышении температуры. Метасоматическая гранитизация – привнос щелочей и кремнезема и вынос Ca, Mg, Fe. Появляются микроклин, кварц, биотит и исчезновение оливина, пироксенов, амфиболов, плагиоклазов. Фенитизация – преобразование различных по составу пород в породы сиенитового состава под воздействием растворов, выделяемых щелочными интрузиями. Полевошпатовый метасоматоз – высоко-среднетемпературное изменение кислых пород под воздействием K-Na растворов (р. Н 7, 0 -8, 5). Автометасоматоз. Продукты полевошпатового метасоматоза – микроклиниты, альбититы.

(К) (Na) (К) Особенности полевошпатовых метасоматитов: §резкое преобладание минералов содержащих К и Na (ПШ); §присутствие минералов слетучими компонентами(слюды, флюорит, криолит, апатит, гагаринит) § протяженность зон ПШ метасоматитов до первых км. Мощность: м-десятки м Микроклинит - порода, состоящая на 95% из микроклина (КПШ). С микроклинитами связано редкометалльное оруденение (Мо) Процессы альбитизации и грейзенизации генетически связаны, нередко давая совместную ассоциацию ранних постмагматических метасоматитов. Интенсивность проявления каждого из Зоны полевошпатовых процессов определяется исходным составом метасоматитов магматических пород. Альбитизация максимально проявляется в более щелочных породах; Грейзенизация - в кислых.

Альбитизация - замещение альбитом породообразующих КПШ и плагиоклазов. Освобождающийся Са связывается свободным F во флюорит. Биотит замещается мусковитом или хлоритом Альбититы – породы лейкократового облика. Текстуры реликтовые, неоднородные Структуры равномерномелко- или среднезернистые Минеральный состав: кварц, альбит (до 70%), щелочные амфиболы и пироксены (реже), слюды. Альбитизирующие растворы являются носителями Li, Rb, Be, Nb, Ta, Zr, Hf, TR, U, Th. Рудоносные альбититы содержат концентрации этих элементов в виде минералов группы оксидов, реже силикатов: танталита-колумбита, пирохлора-микролита, циркона, уранинита, настурана, содержат литиевые слюды, берилл, фенакит, гельвин. пирохлор лепидолит циркон 14

Процессы II типа (постмагматические) Главная особенность – регрессивный характер, т. е. изменения при падающих Т. Наложение относительно низкотемпературных минеральных ассоциаций на высокотемпературные. Воздействие на породы (вмещающие и материнские) слабощелочных растворов, кислотность которых со временем возрастает. (процессы магнезиального и известкового скарнирования). Магнезиальные скарны Это продукты высокотемпературного мс , сложенные магнезиальными силикатами. Типоморфные минералы: форстерит, диопсид, шпинель, периклаз. Геологическое положение: приуроченность к непосредственным контактам доломитов или ультраосновных пород с породами гранитоидного состава. Мощность зон скарнирования от нескольких см до сотен метров. Зональность: - наиболее удаленные от контакта - кальцифиры (кальцит, форстерит, периклаз, шпинель); -при приближени к контакту - форстеритовые скарны (форстерит - шпинель - кальцит); - непосредственно у контакта – пироксеновые скарны( диопсид - шпинель - кальцит) магнезиальные скарны

Иногда у контакта доломитов с силикатными породами возникают флогопитовые и флогопит - пироксеновае зоны магнезиальных скарнов. Подобные скарны часто содержат сульфидно- вольфрамовое, шеелитовое и полиметаллическое оруденение скарны

Известковые скарны Геологическое положение: известняками. зоны контакта активных магматических пород с Скарнирование вмещающих пород (экзоскарны), краевых частей интрузивных тел (эндоскарны). Скарны: - не образуют сплошных контактовых ореолов (отличие от роговиков), - встречаются на отдельных участках, - связь с зонами интенсивной трещиноватости (проницаемости), - формы тел отличаются значительным разнообразием и сложностью строения (пластовые тела, линзы, столбы, мс жилы, тела неправильной формы), - минералогический состав отличается разнообразием и полистадийностью ( 100 мин. ) Типичные минералы: амфиболы (тремолит-актинолит), гранат (гроссуляр-андрадит), пироксены(диопсид-геденбергит), эпидот, волластонит, везувиан, магнетит, гематит, кальцит, кварц, сульфиды. Весь процесс скарнирования отчетливо разделяется на 2 стадии, скарновую и кварцево - сульфидную, последовательно сменяющие друга. Рудоносность скарнов имеет большое значение и сними связаны многие месторождения полезных ископаемых (Fe, Cu, Mo, W, Pb, Zn, Au, волластонит и пр. ).

Известковые скарны карбонатная порода (известняк, доломит) гранитоид скарн

Процессы и продукты кислотной и последующей поздней щелочной стадии. Процессы данной группы: § приконтактовое выщелачивание (высокие температуры); § региональный метасоматоз (средние температуры); § околотрещинный метасоматоз (низкие температуры). Переходы от высоких температур к низким обычно фиксируются появлением определенных парагенезисов (эпидот, мусковит, актинолит - хлорит, кальцит, кварц). Для процессов приконтактового выщелачивания характерно воздействие кислых растворов на вмещающие и материнские породы. Продукты: грейзены, слюдиты, вторичные кварциты. Грейзены (слюдиты) - продукты высокотемпературного метасоматического изменения интрузивных, реже осадочных и эффузивных пород, преимущественно кислого, реже у|о состава. Локализуются в апикальных частях интрузивов или в выступах и куполах более крупных тел (1 -4 км) Структурно они связаны с зонами интенсивной трещиноватости. Форма рудных тел - дайкоподобная, жилы, линзы

Диапазон Т 0 процесса грейзенизации от 4800 до 2400. Глубины1 -4 км. Специфика грейзенизирующих растворов – обилие летучих компонентов (F, Cl, B, H 2 O, H 2 S), обуславливающих глубокую переработку материнских пород. Наиболее неустойчивыми являются биотит и полевые шпаты, которые замещаясь переходят в кварц-мусковитовый агрегат (грейзен) Типоморфные минералы: флюорит, топаз, турмалин – минералы с летучими компонентами в составе Грейзенизирующие растворы содержат Sn, W, Be, Li, Mo, Bi, Ta, Nb, As, реализующиеся в виде касситерита, вольфрамита, берилла, висмутина, циннвальдита, молибденита, арсенопирита, танталита-колумбита (оксиды, силикаты, сульфиды) Минеральный состав грейзенов определяется составом исходной породы: §по кислым и средним породам формируются кварцмусковитовые грейзены с топазом, турмалином, бериллом; §по основным и ультраосновным породам развиваются флюорит-слюдистые грейзены ( «слюдиты» ) с темной слюдой (биотитом, флогопитом), изумрудом, хризобериллом, молибденитом изумруды в слюдите

По характеру проявления и формы залегания выделяется 2 типа грейзенов: §маломощный околожильный тип- грейзены в форме оторочек сопровождают кварцевые жилы с касситеритовым, вольфрамит- молибденитовым оруденением. §мощный рудоносный - грейзены слагают относительно крупные участки и имеют характер штокверков. Грейзен с бериллом Кварцмусковитовый грейзен Грейзеновые околожильные оторочки

Продукты среднетемпературного кислотного метасоматоза, равновесного с хлоридными растворами, содержащими углекислоту и серу ( р. Н 1 -4) Вторичные кварциты - это породы, сложенные преимущественно кварцем с примесью высокоглиноземистых минералов. Вторичные кварциты развиваются на месте кислых или средних эффузивных пород и их туфов. Приурочены к районам наземного вулканизма, образуют массивы изометричной формы с грубо концентрическим кварцит с гидроксидами железа строением (несколько км в поперечнике) Породы светлые массивной или пятнистой текстуры Минералогический состав: §кварц (не менее 50%), мусковит; §второстепенные: корунд, диаспор, андалузит, алунит §в качестве постоянных примесей: рутил, пирит и гематит. При очень сильном процессе выщелачивания возникают пористые (50 -60% о объема) монокварциты. кварцит с гематитом С вторичными кварцитами связаны месторождения нерудного высокоглиноземистого сырья: корунда, алунита, диаспора.

Карбонатиты - эндогенные карбонатные породы существенно Геологически они тесно связаны с интрузивными телами ультраосновных и щелочных пород. По отношению к магматическим породам карбонатиты являются относительно поздними образованиями. магнетит Форма рудных тел: штоко- и жилообразные тела. Иногда обнаруживается их связь с зонами дробления. Минералогический состав: высокое содержание различных карбонатов (кальцит, доломит, анкерит, сидерит); в резко подчиненных количествах: апатит, магнетит, тремолит, форстерит, флогопит и др. Рудоносность характеризуется наличием в них скоплений магнетита и минералов ниобия, тантала, редких земель. Карбонатиты, содержащие эти компоненты, называются редкоземельными.

Процессы и продукты регионального послемагматического метасоматоза. Процессы низкотемпературные (150 -3000 С), р. Н-5 -8 (близнейтральные хлоридноуглекислые растворы) в условиях небольших глубин (0, 3 -3 км) захватывают значительные площади (от 1 -2 до сотен км 2). Непосредственной связи с интрузивными телами и трещинными зонами не обнаруживают , а развиваются регионально. Изменению как правило подвергаются вулканогенные породы основного и среднего состава и продуктам их размыва. Типичными продуктами являются пропилиты. Ассоциируют с аргиллизитами, серицитолитами, вторичными кварцитами, слагая внешние зоны метасоматических ореолов Пропилиты – это породы зеленокаменного облика (зеленые различных оттенков). Текстуры реликтовые Структуры мелко- или тонкозернистые. Минеральный состав: хлорит, актинолит, альбит, эпидот, кальцит, кварц. С наиболее глубоко переработанными зонами пропилитов связано золото-серебряное оруденение

Березиты и серицитолиты низко и средне температурные метасоматиты, равновесные с кислыми растворами. Березиты чаще всего образуются по кислым и средним магматическим породам, терригенным породам и продуктам их (кварц-полевошпатовые породы). Геологическое положение: приуроченность к эндо- и экзоконтактам интрузивных тел, полям даек, зонам тектонических нарушений, рассланцевания и трещиноватости. Глубина формирования березитов 1 -4 км. Зоны березитизации имеют различную морфологию и мощность от тонких околожильных оторочек до площадных проявлений в сотни м до км. Минеральный состав: кварц, серицит (мусковит), доломит-анкерит (в березитах), кальцит (в серицитолитах), пирит (часто лимонитизированый). Породы светлой или бурой (лимонитизация) окраски. Структура: тонко- и мелкозернистая Текстура неоднородная: прожилковая, брекчевидная, пятнистая, иногда мелкопористая. Часто отмечаются реликтовые текстуры: слоистая, полосчатая, плойчатая, сланцеватая Березиты имеют большое поисковое значение, поскольку они часто сопровождают золоторудные кварцевые жилы

Листвениты образуются при метасоматическом изменении уо реже основных пород (березитизация базитов). Протолит: ультрабазиты, ультрамафиты, серпентиниты, габброиды, Mg, Fe карбонаты. Минеральный состав: карбонаты (магнезит-сидерит, доломит-ферродоломит, анкерит. брейнерит), кварц, слюды (фуксит, мусковит), хлорит, тальк, пирит, гематит, реликтовые магнетит, хромит. Листвениты - серовато-зеленые или зеленые мелкозернистые породы. Текстуры разнообразные: массивная, реликтовые – плойчатая, полосчатая Распространение лиственитов соответствующего протолита) пятнистая, ограничено (связано прожилковая, с С некоторыми лиственитами связано золотое оруденение. разнообразные текстуры листсвенитов брекчевидная; плошадями развития

Существует множество разнообразных низкотемпературных метасоматических процессов): хлоритизация, турмалинизация, доломитизация, эпидотизация, серицитизация и др. Мономинеральные продукты их характеризуются маломощными локальными (околожильными) проявлениями. околожильная хлоритизация Заключение: Метасоматические горные породы образуются под воздействием гидротермальных растворов Состав растворов, Т, р. Н (кислотность-щелочность) и агрегатное состояние меняются во времени и пространстве (эволюционируют) Это отражается в последовательном (стадийном) формировании разных метасоматитов, их зональном размещении Что в конечном итоге позволяет выделить метасоматические ассоциации или формации, формирующиеся в сходной геологической обстановке.