Пегматитовые месторождения Пегматиты и связанные с ними

Пегматитовые месторождения
Пегматиты и связанные с ними месторождения относятся к продуктам поздних
стадий раскристаллизации силикатных расплавов, насыщенных флюидными
компонентами. Для них характерны: крупнокристаллическое строение; либо гнездовое,
либо полосчатое обособление мономинеральных блоков; присутствие скоплений
совершенных по форме и крупных по размерам кристаллов многих породообразующих, а
также редких и акцессорных минералов.
ТИПЫ ПЕГМАТИТОВ
Выделяют две группы пегматитов – магматогенные и метаморфогенные.
Магматогенные пегматиты представляют собой позднемагматические образования,
имеющие
состав
тождественный
родоначальной
интрузии.
Наибольшей
пегматитоносностью обладают интрузии с повышенной кислотностью или
щелочностью, полной дифференциацией и многофазностыо внедрения.
Среди них установлено пять минералого-геохимических типов: гранитный, гибридный,
десилицированный, щелочной и ультраосновной.
1. Гранитные пегматиты связаны с интрузиями гранитоидов и сложены, главным
образом, ортоклазом, микроклином, кварцем, альбитом, олигоклазом и биотитом. В
качестве дополнительных присутствуют: мусковит, турмалин, гранаты, топаз, берилл,
лепидолит, сподумен, флюорит, апатит, минералы редких и радиоактивных элементов и
редких земель. Эти пегматиты разделяют на две группы: 1) простые
недифференцированные пегматиты, сложенные почти исключительно микроклином и
кварцем, 2) сложные дифференцированные разности.
В сложных пегматитах выделяют следующие зоны и участки аномальных
минеральных скоплений (рис. 19): 1) внешняя тонкозернистая мусковит-кварцполевошпатовая оторочка мощностью в несколько сантиметров; 2) кварц-полевошпатовая
масса с письменной и гранитной структурой; 3) блоки крупнокристаллического
микроклина; 4) кварцевое ядро; 5) на границе ядра и микроклиновых блоков развиваются
неправильные скопления кварца, альбита, сподумен, минералов марганца и редких
металлов. Чем совершеннее степень дифференциации, тем образуется большее число зон,
возрастает количество скоплений с рудными элементами, укрупняются минералы,
расширяется их число, сокращаются размеры зоны гранитной и письменной структуры
около пегматитовых тел образуются ореолы метасоматоза по восстанию до 50 м и по
мощности до 10 м. В них две зоны – внутренняя, представленная окварцеванием и
микроклинизацией пород, и внешняя, характеризующаяся новообразованиями хлорита,
амфибола и цеолитов. В геохимических ореолах фиксируют аномальные концентрации
бария, рубидия, лития и бериллия.
2. Гибридные пегматиты образуются при ассимиляции гранитной магмой различных
пород. В случае, если были захвачены глинистые сланцы или вулканиты основного
состава, возникают пегматиты с андалузитом, кианитом, силлиманитом. При переработке
карбонатных пород отмечается увеличение содержания роговой обманки, пироксенов,
титанита, скаполита и других обогащенных кальцием, магнием и железом минералов.
3. Десилицированные пегматиты формируются при воздействии гранитного
расплава на ультраосновные и карбонатные породы. В результате образуются
плагиоклазиты (от альбитов до анортозитов). При пересыщении расплава глиноземом
возникают корундовые плагиоклазиты.
4. Щелочные пегматиты встречаются в щелочных магматических комплексах. Для
них характерны микроклин, ортоклаз, нефелин, арфведсонит, содалит, эгирин, натролит.
В качестве примесей отмечаются апатит, анальцим, минералы циркония тантала, ниобия
и редких земель. Пегматиты ультраосновных магм имеют состав бронзитит, анортитбитовнит, лабрадор-андезин, оливин, амфибол, биотит. В небольших количествах
отмечаются: апатит, гранат, сфен, циркон, титаномагнетит, сульфиды.
5. Пегматиты ультраосновных магм имеют состав бронзитит, анортит-битовнит,
лабрадор-андезин, оливин, амфибол, биотит. В небольших количествах отмечаются:
апатит, гранат, сфен, циркон, титаномагнетит, сульфиды.
Магматогенные пегматиты представлены двумя группами образований –
сингенетичной и эпигенетичной. Сингенетичные (шлировые, камерные) пегматиты
располагаются всегда внутри интрузий и образовались одновременно с последними. Для
них характерно отсутствие резких контактов и аплитовых оторочек; овальная форма и
обилие миароловых пустот. Эпигенетические пегматиты сформировались после
затвердевания внешнего каркаса интрузий. Их тела размещаются как в материнской
породе, так и за ее пределами, имеют жильные формы, резкие контакты, четкие аплитовые
оторочки, контролируются тектоническими нарушениями.
Метаморфогенные пегматиты формировались в регрессивные стадии высоких фаций
регионального метаморфизма; не связаны с магматическими комплексами; развиваются в
пределах гранитогнейсовых блоков древних кратонов и контролировались разрывными
структурами зон протоактивизации. В их составе присутствуют типоморфные
метаморфические минералы – дистен, силлиманит, андалузит и др.
Пегматиты образовывались во все периоды геологической истории, начиная с
архейской. Масштабы этого процесса возрастают по мере эволюции земной коры. Так,
площадь пегматитовых поясов составляла (тыс. км2) докембрийских – 98, палеозойских –
229 и мезозойских – 275. Однако рудная продуктивность их, наоборот, угасает в молодых
образованиях. По данным Н. Солодова распределение запасов бериллия в пегматитах по
эпохам имеет следующий вид: докембрий – 75%, палеозой – 23% и мезозой – 2%.
По геологическим данным пегматиты формируются в широком интервале глубин от
1,5 до 20 км, что соответствует величинам литостатического давления 120–800 МПа.
Также необычайно широк температурный диапазон – 800–50°С. Судить о температурном
режиме пегматитообразования позволяют следующие факты: ранняя кристаллизация
расплава 1200–900"С; образование гранита без минерализаторов 1000–800°С, в их
присутствии 730–640°С;
возникновение гранитной эвтектики
700–650° С;
кристаллизация биотита 760–435°С, мусковита 500–435°С, берилла 500–400°С, кварца –
600–300°С, топаза – 510–300°С мориона и аметиста – 300–130°С, халцедона – 90–55°С.
ГЕНЕЗИС ПЕГМАТИТОВ
Происхождение пегматитов относится к одной из наиболее дискуссионных проблем
в рудной геологии. В ее обсуждении принимали участие крупнейшие геологи нашего
века. В настоящее время существует пять основных гипотез пегматитообразования.
1. Магматогенно-гидротермальная гипотеза, разработанная А.Ферсманом,
В.Никитиным и другими, считает пегматиты продуктом раскристаллизации остаточной
магмы. Процесс протекал непрерывно в закрытой системе при неограниченной
растворимости Н2О и разделялся на пять условных этапов: магматический (900–800°С),
эпимагматический (800–700°С), пневматолитовый (700–400"С), гидротермальный (400–
50°С) и гипергенный (50°С). Этапы в свою очередь расчленяются на 11 фаз и стадий. На
ранних этапах формировались плагиоклазы, средних – микроклин и заключительных –
альбит. Недостатки гипотезы: недоучет ограниченной растворимости в расплаве воды;
проблема пространства (нужны большие открытые полости); не объяснена смена
калиевых полевых шпатов натриевыми за счет автометасоматоза.
2. Магматогенно-пневматолито-гидротермальная
двухэтапная
гипотеза
американских геологов (Р.Джонс, Е.Камерон и др.). В ранний магматический этап
система закрыта. В открытых полостях происходило их зональное заполнение
пегматитами простого состава при условии выноса части элементов. Во второй
пневматолито-гидротермальный этап система становилась открытой. Поступавшие из
глубин растворы метасоматически перерабатывали более ранние простые пегматиты и
формировали сложные по составу тела. К недостаткам следует отнести незначительные
по масштабам следы выноса и привноса вещества за пределы пегматитовых тел.
3. Метасоматическая двухэтапная гипотеза А.Заварицкого предполагает
преобразование любой исходной породы, близкой по составу к граниту. В первый этап
остаточные горячие газоводные растворы находились в химическом равновесии с
вмещающими породами и перекристаллизовывали их без изменения состава. В закрытой
системе возникали простые крупнокристаллические пегматиты. Во второй этап уже в
обстановке открытой системы происходило растворение простых пегматитов и
замещение их новыми минеральными ассоциациями. Эта гипотеза не объясняет
формирование пегматитов в негранитных породах и отсутствие соответствующих
масштабам данных процессов геохимических и метасоматических ореолов.
4. Ликвациопная гипотеза, развиваемая А.А.Маракушевым и В.Н.Граменицким,
касается генезиса только гранитных пегматитов. На примере шлировых пегматитов
доказывается тесная генетическая связь этих образований с материнскими гранитоидами.
Она базируется на близости химизма биотитов (железистость глиноземистость,
фтористость и др.), а также преемственность режима кислорода и фтора при их
формировании в гранитоидах и пегматитах. Особая роль отводится вязким
высококонцентрированным средам, промежуточным между растворами и расплавами,
являющимися продуктами ликвации магмы.
Пегматитоносность массивов связывают с их расслоенностью. Шлировые пегматиты
концентрируются в прикровельных частях массивов. Формы выделений: слои, лепешки,
капли, колбы, гантели и др. Формировавшиеся пегматиты по сравнению с материнскими
гранитами имеют более лейкократовый состав. Они обеднены железом, магнием,
марганцем и кальцием. Нормативный состав: кварц–полевой шпат. Для разных массивов
в гранитах и пегматитах соотношения кварца, альбита и ортоклаза неодинаковы, а для
одного они выдержаны. Таким образом, пегматитообразование представляет собой
самостоятельный петро-генетический процесс, который заключается в отщеплении от
остаточной магмы особого флюидного расплава по механизму жидкостной несмесимости и
подготовке к расслоению гранитного плутона. Существует три главные ветви эволюции
гранитной магмы.
1. Магма расщепляется на два расплава с близкими количествами в них
алюмосиликатов. Расплав, обогащенный солями, приводит к образованию пегматитов. По
мере понижения температуры состав расплава становится все более водносолевым и из
него кристаллизуются кварц и другие жильные минералы. Сначала флюидные фазы носят
щелочной характер и происходит растворение кремнезема. Затем они становятся
кислыми, способствующими появлению кварц-мусковитовых агрегатов. Из-за
пониженной плотности остаточные расплавы занимают в интрузии верхнее положение. В
силу ограниченной растворимости солевой составляющей происходит отщепление
самостоятельной фазы флюидных расплавов, в которых концентрируются рудные
компоненты.
2. Из магмы отделяется солевой расплав. Пегматиты в этом случае не возникают.
Образуются известковые скарны.
3. Третья ветвь характеризуется непрерывным переходом от алюмосиликатных
расплавов к гидротермальным растворам. Она реализуется в глубинных магматических
комплексах на платформенных щитах в этапы тектономагматической активности. Здесь
возникает непрерывный ряд: 1) мигматиты, 2) гигантомигматиты (простые пегматиты), 3)
кварц-полевошпатовые и кварцевые жилы.
5. Метаморфогенная гипотеза разработана В.Н. Мораховским. Она касается
многочисленных пегматитовых провинций и полей, широко развитых в фундаментах
древних платформ и для которых отсутствует пространственно-генетическая связь с
интрузивными комплексами. Образование этих пегматитов тесно ассоциирует с
возникновением и развитием очаговых структур и протекает на фоне падения температур
и давлений в шесть основных этапов. 1. В локальных участках растяжения возникают
микротрещинные матричные деформации во всем объеме пород. Направление
растяжения субширотное или вертикальное, обусловленное действием ротационных сил
Земли и денудационной разгрузкой. Такое поле напряжений способствует
центростремительному движению флюидов в очаговые структуры. В полостях трещин
отрыва создается высокая степень разряжения. 2. Протекают интенсивные процессы
автометасоматоза при участии калиевых и натриевых щелочей (ранняя волна
щелочности), выражающиеся в собирательной перекристаллизации и росте микроклинов.
3. Формируются системы сколовых трещин поясного типа. В очаговую структуру
поступают кислые флюиды (волна кислотности). Возникают стержневые сегрегации
(ихтиоглипты) и крупноблоковые выделения кварца, отдельные кристаллы и гнезда
шерла, берилла и апатита. Намечаются основные контуры минеральных зон. 4.
Интенсивно развиваются возникшие системы трещин поясного типа. Образуются
крупнокристаллические слюды с поясными, реже конусными ориентировками. 5. Режим
растяжения сменяется обстановкой сжатия. Протекают хрупкие и пластические
деформации. Исчезновение сжимающих напряжений стимулирует поступление флюидов
и развитие серицита, альбита, кварца, хлорита, кальцита, пирита, магнетита, ортита. 6) В
системах региональных тектонических нарушений, рассекающих очаговые структуры,
образуются дайки гранитов и кварцевые жилы.
В рассмотренных гипотезах спорными положениями являются представления о роли
особого остаточного расплава, о масштабах метасоматоза, об источниках флюидов, о
степени закрытости системы, о растворимости воды и некоторые другие менее важные
утверждения. Не существует одной универсальной концепции, объясняющей все
разнообразие этих природных образований. В конкретных геологических ситуациях
сохраняют актуальность отдельные положения всех пяти гипотез.
ТИПЫ ПЕГМАТИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Образование полезных ископаемых, связанных с пегматитами, зависит главным
образом от двух факторов – степени дифференциации магматического вещества и
масштабов метасоматического преобразования ранних фаций пегматитов. С этих позиций
В.И.Смирновым выделено три класса месторождений простые, перекристаллизованные и
метасоматически замещенные. Однако эта классификация не в полной мере
удовлетворяет промышленно-генетическому принципу систематики минеральных
объектов. Видимо, целесообразнее разделять месторождение пегматитов по ведущему
типу полезного компонента. В связи с таким подходом предлагается выделить четыре
класса месторождений: керамический, мусковитовый, редкометальный и цветных
камней.
Керамические месторождения. К этому классу месторождений относятся
магматогенные и метаморфогенные простые и перекристаллизованные пегматиты,
сложенные почти исключительно калинатровыми полевыми шпатами и кварцем.
Обладают письменной, гранитной и гигантозернистой структурой. Отношение кварца и
полевых шпатов в промышленных сортах сыры составляет 1:3.
Мусковитовые месторождения встречаются в магматогенных и метаморфогенных
(дистен-силлиманитовая фация) перекристаллизованных пегматитах. Промышленное
значение имеют тела, в 1 м3 которых произведение средней площади мусковитовых
пластин на их массу будет больше 10-20 кг×см2. Запасы крупных месторождений
достигают нескольких тысяч тонн. Наиболее значительные мусковитовые провинции
располагаются в Россш (Карелия и Забайкалье), Индии и Бразилии.
Редкометалльные
месторождения
ассоциируют
с
магматогенными
и
метаморфогенными метасоматически замещенными пегматитами. В магматогенных
разностях месторождения характеризуются большим разнообразием рудных элементов.
Помимо наиболее важных в промышленном отношении тантала и ниобия, из них
добывают в небольших количествах олово, вольфрам уран, торий, редкие земли. В
метаморфогенных пегматитах, образовавшихся в условиях андалузит-силлиманитовой
фации, часто располагаются сложные тантал-ниобиевые и редкоземельные
месторождения. Этот класс месторождений широко развит в фундаментах всех древних
платформ и в фанерозойских складчатых поясах, а также в областях
тектономагматической активизации (Бразилия, Австралия; Россия – Урал, Сибирь,
Карелия и др).
Месторождения цветных камней связаны с магматогенными метасоматически
замещенными пегматитами. Особенно перспективны гранитные пегматиты. Им
свойственны крупные до 200 м открытые полости с друзами кристаллического сырья. Из
этих меторождений добывают значительную часть горного хрусталя оптического
флюорита, топазов, аквамаринов, гранатов, аметистов и других драгоценных камней
(Украина, Волынь; Бразилия, Южная Африка, Австралия и др.). Часто коренные
месторождения служат источником для образования крупных россыпей цветных камней.
Подобным способом возникли многие прибрежноморские россыпи Индии, Мадагаскара и
Австралии.