Лекция 7 Пегматитовые месторождения

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 24Следующая ⇒

Физико-химические условия образования. Пегматиты представляют собой месторождения, весьма своеобразные в геологическом, морфологическом, структурном и минералогическом отношениях. Образуются они при температуре 700— 400°С и очень высоком давлении в сотни и тысячи килограмм-силы на квадратный сантиметр. Глубина образования пегматитов разного состава неодинакова. А. И. Гинзбург и Г. Г. Родионов (1960) установили следующие фации глубинности пегматитов: 1) пьезо-кварцевые (2—2,5 км); 2) редкометальные (3,5—6 км); 3) мусковитовые (6—8 км); 4) редкоземельные (свыше 8—9 км).

Промышленное значение пегматитов очень велико, так как они служат источником весьма ценного и разнообразного горнорудного сырья. Как рудные месторождения пегматиты разрабатываются для получения редких элементов; рассеянных элементов; редкоземельных элементов; радиоактивных элементов. Как нерудные полезные ископаемые они содержат мусковит, полевой шпат, кварц, турмалин, андалузит, криолит, корунд, а также драгоценные и поделочные камни — изумруд, сапфир, аметист, аквамарин, хризоберилл, топаз, циркон, фенакит и др.

Вопрос о происхождении пегматитов сложный и в настоящее время не имеет однозначного решения. В геологической литературе как советскими, так и зарубежными учеными в разное время были высказаны различные гипотезы о генезисе пегматитов.

Геологическое строение и морфология пегматитов Пегматитовые месторождения приурочены как к геосинклинальным областям, так и к платформам. В геосинклиналях наиболее распространены гранитные пегматиты, образующиеся в среднюю стадию развития. На платформах развиты преимущественно пегматиты щелочных пород, а гранитные встречаются редко.

Пегматиты являются производными различных магм и обычно генетически и пространственно связаны с интрузиями следующих групп изверженных пород: 1) гранитами и гранодиоритами; 2) сиенитами и нефелиновыми сиенитами; 3) габбро и норитами; 4) ультраосновными-щелочными комплексами.

Наиболее распространены в земной коре гранитные пегматиты, имеющие и наибольшую промышленную ценность. Значительно уступают им по распространению и значению пегматиты щелочных пород — сиенитов и нефелиновых сиенитов. Пегматиты основных и ультраосновных пород практического значения почти не имеют. В дальнейшем будут описаны главным образом гранитные пегматиты, которым А. Е. Ферсман (1940) посвятил свой капитальный труд «Пегматиты», широко известный как в СНГ, так и за рубежом.

Пегматитовые тела залегают среди материнских интрузий и во вмещающих породах. В первом случае они располагаются ближе к периферии интрузивных тел (гранитов, гранодиоритов); во втором — находятся среди пород кровли (осадочных или метаморфических) , чаще вблизи контакта с интрузией или на небольшом удалении от него.

Соотношения пегматитовых тел с боковыми породами различны и зависят, по А. Е. Ферсману, от условий остывания и геологической обстановки. В зависимости от условий остывания контакты могут быть как постепенными (медленное остывание пегматитового тела во вмещающей породе), так и довольно резкими (быстрое остывание).

Если пегматитовое тело залегает среди гранитного массива материнской магмы, то переходы гранита в пегматит постепенные, и границу пегматитового тела трудно установить. Если же пегматитовое тело залегает среди пород кровли интрузива, то контакты пегматитовых жил резкие и минеральный состав их зависит от состава боковых пород: в кислых гранитоидных породах в зальбандах образуется аплит, в основных и ультраосновных — биотитовая оторочка.

Часто пегматиты встречаются в виде системы залежей, насчитывающей многие десятки, а иногда сотни и тысячи тел. Таковы, например, пегматитовые поля Мамского слюдоносного района в Восточной Сибири, редкометальные пегматиты Забайкалья и др

В морфологическом отношении пегматитовые тела очень разнообразны. Среди них встречаются жилы, линзы, веретено-, трубо-и сигарообразные тела и, наконец, неправильные по форме залежи. Для тел пегматитовых месторождений характерны непостоянная мощность, чередование раздувов с пережимами и наличие боковых ответвлений, или апофиз.

Важной особенностью пегматитовых тел является их сложное выклинивание как по простиранию, так и по падению. Обычно наблюдается расщепление пегматитового тела на многочисленные отпрыски или так называемые пальцы. Это расщепление пегматитовых тел при выклинивании А. Е. Ферсман и его последователи объясняют как результат активного внедрения во вмещающие породы подвижного пегматитового расплава.

Крупные пегматитовые тела нередко сопровождаются густой сетью пегматитовых прожилков, образующих так называемые мигматиты.

Размеры пегматитовых тел различны. Известны крупные жиль протяженностью по простиранию 300—500 м и мощностью 20 и более метров; но известны и незначительные по величине жилы — протяженность их несколько метров при мощности до 1 м. Весьма значительные колебания размеров наблюдаются у линзообразных пегматитовых тел, среди которых встречаются проводнички мощностью в несколько миллиметров в пережимах и тела, имеющие мощность в раздувах в несколько десятков метров. А. Е. Ферсман в качестве примера пегматитов такого рода указывает месторождение Северной Карелии. Трубообразные пегматитовые тела редки и имеют небольшие размеры.

Строение пегматитов, их текстуры и структуры Строение пегматитовых тел может быть однородным и неоднородным, в зависимости от этого они разделяются на недифференцированные и дифференцированные. В первых минералы располагаются более или менее равномерно. В более распространенных дифференцированных пегматитах наблюдается известная закономерность в пространственном размещении зон различного минерального состава и строения. Например, в гранитных пегматитах А. Е. Ферсман выделяет пять главнейших зон, следующих от периферии к центральной части тела:

1) мелкозернистая, аплитовая зона обычно порфировидного

строения;

2) зона письменного гранита с характерной графической

структурой;

3) зона крупнокристаллического агрегата пегматоидной структуры;

4) зона выполнения пустот путем последовательного наложения или замещения с характерной друзовой текстурой;

5) зона гидротермального минералообразования с развитием зонарной крустификационной текстуры.

Для пегматитов характерно образование крупных кристаллов (нередко гигантских размеров), особенно в центральной части пегматитовых тел. Например, масса кристаллов микроклина в пегматитовых жилах Норвегии достигает 100 т, а на Урале описана каменоломня, расположенная в одном кристалле амазонита. Размеры пластин мусковита достигают 3—5 м², а биотита — 7 м². Кристаллы берилла имеют иногда массу до 18 т и достигают в длину 5,5 м (штат Мэн в США).

Минеральный состав гранитных пегматитов. Минеральный состав гранитных пегматитов отличается не только большим разнообразием, но и рядом характерных особенностей. Из последних прежде всего отметим общность минерального состава пегматитов с составом исходных материнских пород — гранитов и гранодиоритов.

Действительно, главную массу пегматитового тела слагают важнейшие породообразующие минералы гранитов: кварц, полевой шпат, слюда. Да и сравнительно редкие минералы пегматитов встречаются в виде аксцессорных примесей в гранитах.

Кроме того, для гранитных пегматитов характерны минералы, содержащие летучие компоненты: Н₂0, НС1, НF, Н₃C0₃, Н₃Р0₄и др. К числу таких минералов относятся: мусковит , содержащий воду; топаз ; берилл и др.

В пегматитах встречаются также минералы, которые в других эндогенных месторождениях представляют большую редкость. Это соединения ниобия, тантала, циркония, лития, рубидия, цезия, а также элементов группы редких земель, таких, как лантан, церий, самарий, иттрий, диспрозий, эрбий и др.

К числу таких редких, но ценных минералов относятся следующие: пирохлор, монацит; ксенотим; ортит; колумбит; танталит; сподумен; лепидолит,

Обычные рудные минералы в пегматитах распространены нешироко, однако иногда используются промышленностью. К числу таких относятся: вольфрамит; касситерит; молибденит; ильменит; висмут и др.

Пегматиты щелочных изверженных пород (сиенитов, нефелиновых сиенитов) встречаются значительно реже гранитных пегматитов и имеют меньшее промышленное значение. В щелочных пегматитах практический интерес представляют минералы: ильменорутил, пирохлор, лопарит, циркон, содержащие тантал, ниобий, титан и редкие земли.

Генезис пегматитов. Генезис пегматитов является очень сложным и в настоящее время дискуссионным вопросом. Даже место пегматитов в генетической классификации нельзя считать твердо установленным: одни исследователи выделяют их в самостоятельную категорию пегматитовых месторождений, другие — относят к магматическим, а третьи — к постмагматическим образованиям. Многочисленные гипотезы образования пегматитов можно свести к трем группам:

а) выделение пегматитов из остаточного расплава магмы;

б) образование их метасоматическим путем;

в) образование путем перекристаллизации пород и их последующего метасоматоза.

Гипотеза остаточных расплавов. Эта гипотеза, предложенная В. Бреггером в 1890 г., наиболее Детально была разработана А. Е. Ферсманом (1932 г.) По представлениям А. Е. Ферсмана, пегматит является определенным геологическим и геохимическим телом, ооразование которого связано с остаточным расплавом магмы, характеризующимся высоким содержанием летучих компонентов. Пегматиты образуются на больших глубинах (несколько километров) при очень высоком внешнем давлении (сотни или тысячи килограмм-сил на квадратный сантиметр) и температуре от 700 до 400°С.

Роль летучих компонентов в пегматитах сводится к следующему. Они понижают температуру кристаллизации расплава и обусловливают меньшую вязкость магмы, что способствует ее дифференциации и образованию более крупных и совершенных по форме кристаллов. Например, при содержании 1% Н₂0 температура плавления расплава понижается на 30—50°С, а при содержании 10—12% Н₂0 —на 300—400°С. Кроме того, летучие компоненты вызывают известное внутреннее напряжение магматического расплава, что способствует большой подвижности его среди окружающих пород. Когда расплав, отделившись от магматического очага, внедряется в открытую полость или тектонически нарушенную зону, начинается его кристаллизация. Так как расплав теперь не имеет связи с магматическим очагом, то система в физико-химическом отношении будет замкнутой, или закрытой.

Кристаллизацию расплава А. Е. Ферсман рассматривает в соответствии с эволюционной теоретической схемой Фогта—Ниггли, которая допускает неограниченную растворимость в магме летучих соединений.

В физико-химической диаграмме кристаллизации гранитных пегматитов, принятой А. Е. Ферсманом, выделяются эпимагматический, пневматолитический и гидротермальный этапы. Среди них последовательно выделяются девять геофаз¹: В, С, О, Е, Р, О, Н, Э, К.

Геофаза В (800—700°С)—эпимагматическая, образуются контактовые мелкозернистые зоны, отделяющие пегматит от вмещающей породы.

Геофаза С (700—600°С)—пегматитовая, возникает графическая зона с закономерным срастанием кварца и полевого шпата. Образуется эвтектика, кристаллизующаяся при минимальной температуре и состоящая из полевого шпата — микроклина (74%) и кварца (26%). Такие срастания носят название письменный гранит, или еврейский камень.

Геофазы Э—Е (600—500°С)—пегматоидные с характерными минералами турмалином, мусковитом, бериллом, топазом, дымчатым кварцем и др.

Геофазы Р—О (500—400°С) — надкритические, образуются зеленые слюды, альбит, лепидолит с характерным замещением ранее образованных минералов.

Собственно пегматитовый процесс ограничивается двумя критическими точками —верхней (и нижней Р. Верхняя критическая точка (Э, отвечающая границе между пегматитовой и пегматоид-ными геофазами, характеризуется сменой биотита мусковитом окончанием кристаллизации письменного гранита и, наконец, что самое важное,— переходом сс-модификации кварца в р-модифика-цию при температуре около 575°С.

Нижняя критическая точка Р, располагающаяся на границе надкритической и гидротермальной геофаз, характеризуется растворением или замещением топаза и образованием жильбертита. Точка эта отвечает приблизительно критической температуре воды — от 374 до 400° (в зависимости от примесей).

Между критическими точками Э и Р кристаллизация происходит из двухфазовой системы — флюидной (газово-жидкой) и твердой. Выше точки (3 кристаллизация протекает из магматического расплава в условиях трехфазовой системы — расплав, газ, твердое вещество. Ниже точки Р кристаллизация снова идет из трехфазовой системы — гидротермальный раствор, газ, твердое вещество.

А. Е. Ферсман (1940) подразделяет гранитные пегматиты на два класса:

1) пегматиты чистой линии;

2) пегматиты линии скрещения.

Пегматиты чистой линии — это продукты кристаллизации магматического остатка без привноса и выноса веществ, образующихся при застывании кислого пегматитового расплава среди гранитоидной породы. В такой замкнутой физико-химической системе выделение минералов происходит в процессе постепенного ее охлаждения вследствие понижения температуры.

Пегматиты линии скрещения образуются в том случае, когда кислый пегматитовый остаток внедряется в инородные породы. При этом между кислым веществом пегматита и основаниями вмещающей породы происходит активная реакция, вследст-1 вие чего неизбежны некоторый привнос и вынос вещества. Таким, образом, замкнутая система превращается в открытую.

К. А. Власов (1952 г.), так же как и А. Е. Ферсман, рассматривает гранитные пегматиты как продукт кристаллизации из остаточных расплавов. Идеи А. Е. Ферсмана о последовательной кристаллизации пегматитов из остаточного расплава магмы в значительной мере разделяются и А. И. Гинзбургом (1952 г.), который выделяет среди гранитных пегматитов три группы, образовавшиеся в различных геологических условиях:

1) сингенетические (шлировые) пегматиты образуются среди глубинных гранитов, кристаллизующихся в спокойных тектонических условиях;

2) эпигенетические (выжатые) пегматиты, кристаллизующиеся I в спокойной тектонической обстановке;

3) эпигенетические (выжатые) пегматиты, кристаллизующиеся , в условиях часто меняющегося давления.

Выделенные три группы пегматитов, образующиеся в различных геологических условиях, хотя и имеют близкий минеральный состав, отличаются по условиям залегания, морфологии тел, текстурным и структурным особенностям. Они представляют совер- шенно различную практическую ценность и требуют различного подхода к их разведке и оценке.

Гипотеза метасоматоза. Эта гипотеза впервые была предложена американскими учеными ф. Хессом, В. Шаллером и К- Ландесом. Сущность гипотезы заключается в следующем. Вначале путем раскристаллизации пегматитового расплава возникали крупнокристаллические кварц-полевошпатовые породы. Затем под влиянием постмагматических растворов метасоматическим путем образовывались письменные граниты, слюды и редкие минералы. Метасоматические явления сопровождались привносом в жилы и выносом из них большого количества минеральных веществ, т. е. этот процесс протекал по принципу открытой системы.

Согласно этой гипотезе все пегматитовые месторождения разделялись на два типа:

1) простые пегматиты, состоящие из кварца и полевых шпатов;

2) сложные пегматиты, содержащие кроме кварца и полевых шпатов редкие минералы и слюды.

Недостатком первой части этой гипотезы, как и гипотезы А. Е. Ферсмана, является противоречие физико-химическим законам кристаллизации расплавов, установленным на основе экспериментальных данных Р. Горансона. Несостоятельность второй части гипотезы — низкая растворимость силикатных минералов. Для выноса и привноса минеральных веществ пришлось бы допустить циркуляцию огромных масс растворов.

Близкие взгляды на образование пегматитов высказал Д. С. Коржинскии (1937 г.), изучавший пегматиты Мамского слюдоносного района. По его представлениям, путем прямой кристаллизации из пегматитового расплава образовались гранитоподобные породы, письменные граниты и крупнокристаллический биотит в граните. Пегматоидные образования и гнезда сливного кварца возникли в результате перекристаллизации письменных гранитов, мусковит — вследствие гидролиза полевых шпатов. Апатит, турмалин и берилл сформировались в пегматитах путем метасоматического замещения полевых шпатов. Д. С. Коржинскии первым из исследователей указал на возможность перекристаллизации гранитоподобных пород и образование крупных блоков кварца и других минералов. Метасоматические процессы, определяющие заключительную стадию пегматитообразования, по данным Д. С. Коржинского, протекали по принципу открытой системы.

Гипотеза перекристаллизации магматических пород и их последующего метасоматоза А. Н. Заварицкий (1947 г.) рассматривал пегматиты как промежуточные образования между изверженными горными породами и рудными жилами и относил их к постмагматическим месторождениям.

Процесс формирования пегматитов А. Н. Заварицким представлен в следующем виде. Исходя из низкого предельного содержания летучих (воды) в магме, следует допустить, что отделение газовой фазы от магматического расплава будет происходить на большой глубине при высоком давлении, если только концентрация летучих в магме превысит предельные значения. Следовательно, застывание магматической системы обязательно завершится отделением газовой фазы. Эта газовая фаза находится вначале в равновесии с выделившимися твердыми минералами и представляет собой раствор, насыщенный компонентами этих минералов. В газовой фазе находятся не молекулы силикатных минералов, а их составные части.

Следовательно, А. Н. Заварицкий отрицает существование особой пегматитовой магмы или пегматитового расплава, а признает существование пегматитообразующего газового раствора. Этот раствор, проникая по порам и трещинам, способствует преобразованию вмещающей породы, перекристаллизации в ней мелких или тонкозернистых образований в крупнозернистые пегматиты.

Таким образом, пегматиты представляют собой перекристаллизованные участки материнских пород: гранитов, аплитов, сиенитов, нефелиновых сиенитов и др. Процесс перекристаллизации происходит в замкнутой системе.

В дальнейшем газовый раствор диффундирует через боковые породы и, выделяясь, подвергается фракционной дистилляции. При этом состав раствора изменяется, и из него выпадают некоторые минералы. Кроме того, минералы, бывшие в равновесии с раствором, становятся неустойчивыми в изменившемся растворе и подвергаются новому растворению и замещению другими минералами. Поскольку процесс метасоматического замещения сопровождается выносом из раствора некоторых составных его частей, система из замкнутой превращается в открытую Итак, А. Н. Заварицкий выделяет два этапа формирования пегматитов.

Первый этап — перекристаллизация материнской породы под воздействием газового раствора, второй—сжижение раствора, выпадение из него минералов, замещение ранее выделившихся минералов вследствие изменения состава раствора и образование редких минералов пегматитовых жил.

В. Д. Никитин (1950, 1955 гг.), изучавший пегматиты Карелии и Кольского полуострова, предложил гипотезу генезиса пегматитов, близкую к гипотезе А. Н. Заварицкого (Никитин, 1967). По его мнению, пегматиты образуются в результате перекристаллизации первоначально мелкозернистых магматических пород типа гранитов или аплитов. Перекристаллизация, представляющая собой первую стадию процесса, происходит при воздействии на указанные породы горячих водных растворов. Это будут постмагматические растворы, поднимающиеся с глубины, а не остаточные газовые растворы самой магмы, как считает А. Н. Заварицкий (1953).

Вторая стадия процесса — метасоматоз, в результате которого образуются слюды и рудные минералы. Весь процесс формирования пегматитов, обе его стадии, по В. Д. Никитину, протекают по принципу открытой системы.

Итак, несмотря на большое число различных гипотез, вопрос о генезисе пегматитов до сих пор не решен и остается дискуссионным. Вероятно, наиболее приемлемы для учебных целей генетическая схема и классификация А. Е. Ферсмана. Они достаточно последовательны и базируются на большом фактическом материале, вполне удовлетворительно объясняют геолого-морфологические и структурно-минералогические особенности пегматитов, существенно отличающихся и от магматических, и от постмагматических месторождений. Кроме того, теоретические позиции А. Е. Ферсмана не так односторонни, как считают некоторые исследователи. Действительно, он рассматривает не только замкнутые, по и открытые физико-химические системы, признает важную роль метасоматического замещения в образовании более поздних стадий пегматитов и, наконец, допускает вынос летучих соединений из магмы и образование параллельно с пегматитами рудных жил. Данные из опытов Горансона, проводившихся в лабораторных условиях, не раскрывают полностью весьма сложных физико-химических процессов, происходящих в магме на большой глубине (см. гл. 10, опыты Дж. Кеннеди).

Классификация пегматитовых месторождений, их диагностические и поисковые признаки. А. Е. Ферсман среди пегматитовых месторождений чистой линии и линии скрещения выделяет по составу следующие типы.

Пегматиты чистой линии.Обычные и церовые пегматиты (с ортитом и монацитом) — Северная Каролина в США, Квебек в Канаде.

1. Пегматиты с редкими элементами — СНГ, Финляндия, Норвегия.

2. Бор-фтористые пегматиты — Восточная Сибирь, Индия, Африка.

3. Фтор-бериллиевые пегматиты (с топазом) —Урал, Северная

Монголия.

5. Натро-литиевые пегматиты — Забайкалье, Восточная Сибирь

Мадагаскар, Канада.

Пегматиты линии скрещения

1. Пегматиты с пневматолитовым избытком — Шерловая гора в Забайкалье, Циннвальд в Саксонии.

2. Контактные пегматиты с диопсидом и роговой обманкой — Южная Норвегия, Мадагаскар; с андалузитом — Туркестано-

Алайский хребет.

3. Мигматические пегматиты — Изумрудные копи, Борзовское месторождение корунда на Урале.

4. Пегматиты особого состава — графитовые пегматиты Гренландии и церитовые пегматиты Швеции и Южного Урала.

В. И. Смирнов (1976) выделяет тип метасоматически замещенных пегматитов. Они не только перекристаллизованы, но и метасоматически переработаны под воздействием горячих газово-вод-ных минерализованных растворов. Для них типично наиболее полное зональное строение и наличие открытых поло- стей с друзами кристаллов. Из метасоматически замещенных пегматитов добываются горный хрусталь, драгоценные камни, опти . ческий флюорит, руды цезия, рубидия и редкие земли.

Диагностическими признаками пегматитовых месторождений являются геологические условия их залегания, структурно-морфологические особенности, парагенетическне ассоциации минералов и гидротермально-метасоматические изменения. Исходя из представлений А. Е. Ферсмана и А. И. Гинзбурга об условиях образования пегматитов, при их поисках необходимо руководствоваться следующими критериями.

1. Пегматитовые тела залегают среди материнских гранитоид-ных пород, в зоне эидо- и экзоконтакта гранитных массивов, в участках прогиба кровли в крупных ксенолитах вмещающих пород и вдали от материнских интрузивов среди осадочно-мета-морфической толщи. Во многих случаях пегматитовые тела встречаются группами, образуя очень крупные пегматитовые поля.

2. Пегматиты линии скрещения встречаются среди основных и ультраосновных пород, но для них характерна также связь с гранитоидными интрузиями.

3. Нередко крупные пегматитовые месторождения бывают приурочены к тектонически нарушенным зонам и сопровождаются дайками изверженных пород.

4. Формы пегматитовых тел отличаются большим разнообразием, наиболее характерны жило- и плитообразные тела. Для пегматитовых тел характерно наличие апофиз и разделение основного тела при выклинивании на многочисленные прожилки или «пальцы».

5. Диагностическим признаком служат зональное строение пегматитовых тел и наличие полостей или так называемых зано-рышей в центральной части пегматитового тела. В этих полостях образуются крупные кристаллы и друзы самоцветов.

6. Наиболее типичные структуры пегматитов — письменная (графическая) и крупнокристаллическая. Верными признаками пегматитов являются крупные или гигантские кристаллы кварца, слюды, полевого шпата, сподумена и других минералов.

7. Наконец, необходимо обращать внимание на процессы мета-соматического замещения, отчетливо выраженные в пегматитах: альбитизациию микроклина, лепидолитизацию турмалина, мускови-тизацию кордиерита и др.

Эти геологические, морфологические и текстурно- парагенетические особенности пегматитовых месторождений помогают при поисково-разведочных работах на слюду, полевой шпат, самоцветы, редкометальные минералы и другие полезные ископаемые гранитных пегматитов.

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 1018; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!