Картирование метасоматитов

Картирование метасоматитов
• I. Основы теории метасоматической
зональности
• II. Классификация метасоматитов
• III. Методика картирования
метасоматитов
Определение метасоматоза
• Под метасоматозом понимают всякое замещение
горной породы с изменением химического состава,
при котором растворение старых минералов и
отложение новых происходит почти одновременно,
так, что в течение процесса порода все время
сохраняет твердое состояние.
Д.С. Коржинский
Основные постулаты метасоматизма
• 1.Метасоматоз происходит под воздействием просачивающихся
•
•
•
•
растворов путем одновременного растворения и осаждения
вещества без нарушения сплошности пород.
2. Объем породы в процессе метасоматоза остается постоянным.
3. Постмагматический околорудный метасоматоз протекает в
регрессивных условиях.
4. Метасоматическая порода и поровый раствор в пределах
каждого элементарного объема представляют собой
термодинамически равновесную систему с вполне подвижными
компонентами.
5. Состав возникших метасоматитов определяется составом
исходных пород и химизмом процесса и не зависит от
промежуточных состояний (правило Гесса)
Кислотно-основная эволюция растворов
нейтрализации
растворов
Кислотно-основная эволюция растворов
В каждом рудно-метасоматическом этапе можно выделить
несколько стадий либо по названию минеральных ассоциаций, либо
по отношению к процессу рудоотложения (предрудная,
рудосопровождающая и пострудная стадии метасоматоза), либо по
характеру физико-химической эволюции растворов, главнейшим
фактором которой является изменение режима их кислотностищелочности.
По характеру физико-химической эволюции гидротермальных
растворов в рудно-метасоматическом этапе могут быть выделены
четыре основные стадии: 1) ранняя щелочная, 2) кислотного
выщелачивания, 3) поздняя щелочная или стадия сопряженного
отложения, 4) стадия нейтрализации растворов.
На ранней щелочной стадии из очага кристаллизующейся и
остывающей магмы (при магматогенном рудообразовании)
поднимаются потоки восходящих ювенильных слабощелочных
надкритических растворов (флюидов).
Кислотно-основная эволюция растворов
Эти растворы воздействуют на апикальные части интрузий и
вмещающие породы, что приводит к увеличению щелочности этих
пород и проявлению таких процессов, как микроклинизация,
альбитизация,
магнезиальный
метасоматоз
(биотитизация,
амфиболизация).
По мере удаления надкритических растворов от источника (места
образования) и понижения температуры происходит их уплотнение и
конденсация из газово-жидкой в жидкую фазу. При этом
увеличивается кислотность растворов, достигающая максимума при
их конденсации. Это связано с тем, что активности кислотных
компонентов в жидкой фазе выше, чем в газовой.
Процесс кислотного выщелачивания широко проявлен на рудных
месторождениях, с ним связано образование метасоматитов
формаций
вторичных
кварцитов,
лиственит-березитовой,
грейзеновой и многих других. В большинстве случаев кислотное
выщелачивание предшествует основному рудоотложению и является
предрудным процессом.
Кислотно-основная эволюция растворов
Вслед за достижением максимальной кислотности и перемещением кислотных компонентов вследствие фильтрационного эффекта происходит инверсия гидротермального процесса, выражающаяся в проявлении поздней щелочной стадии (стадии
осаждения). Метасоматические образования поздней щелочной
стадии возникают одновременно с рудоотложением и относятся к
рудосопровождающему метасоматозу. Проявляются они обычно в
развитии
хлоритизации,
карбонатизации,
альбитизации,
турмалинизации и других минералов в зависимости от типа
месторождений и состава растворов.
Рудно-метасоматический процесс завершается пострудной
стадией нейтрализации растворов. Растворы приходят в равновесие с
рудовмещающими породами и имеют, по- видимому, нейтральный
характер. На многих месторождениях эта заключительная стадия
выражается в развитии секущих безрудных или бедных рудными
минералами кварцевых, кальцитовых, кварц-карбонатных и других
жил и прожилков.
Схематическая классификация гидротермалитов
по Е.В. Плющеву
Преимущественно кислотный
Метасоматоз
кислотный
Ведущие катионы Si, Al
кислотный +
субщелочной
Si, Al, Fe, Mg,
Ca, K, Na
0 км,50-100°С
Аргиллизитовая
Приповерхностны
й изкотемпераБерезитовая
турный (эпи-) 1-2
км, 200-300 °С
Преимущественно
Преимущественно щелочной
субщелочной
субщелочной субщелочной щелочной
щелочной + кис-щелочной
лотный
Fe, Mg, Ca
Fe, Mg, Ca, K, K, Na
Na
Фельдшпатолитовая-III
Пропилитовая
Фельдшпатитовая-II-III
(эйситы,
гумбеиты)
Малоглубинный Вторичнокварсреднетемператур цитовая
ный (мезо-)
3-4 км, 300400 °С
Умеренноглубин- Грейзеновая
ный высокотемпературный (гипо-)
5-6 км, 600-900 °С
K, Na, Si, Al
Фельдшпатолитовая-I-II
(кварцевополевошпатовые
метасоматиты)
Скарновая (известковых,
магнезиальных скарнов,
магнезиальных
метасоматитов)
Фельдшпатитовая-I
(альбититы)
Грейзеновая формация
Объединяет метасоматиты,
образовавшиеся при температурах от
500° до 300°С, на глубинах 2-5 км, под
воздействием флюидов, богатых F, Cl,
B. Наиболее ярко грейзенизация
проявляется в эндо-(80%) и
экзоконтактах (20%) кислых и
ультракислых гранитных интрузивов и
приурочена к их апикальным выступам.
В виде штоков и жил распространяются
на 300-500 м вглубь массивов и в виде
штокверков – до 1500 м над интрузиями.
Грейзеновая формация
По породам более основного состава под воздействием тех же растворов
образуются метасоматиты существенно иного строения, которые принято
называть грейзеноидами:
1) по карбонатным породам: внешняя зона – флюорит-альбитовая,
внутренняя – слюдисто-флюоритовая;
2) по габброидам:
внешняя зона – амфибол-биотитовая,
промежуточная зона – биотит-мусковитовая,
внутренняя зона – кварц-мусковит-флюоритовая;
3) по скарнам: :
внешняя зона – флюорит-полевошпатовая,
промежуточная зона – топаз-флюорит-мусковитовая,
внутренняя зона – кварц-топазовая.
Грейзеновая формация
•
Главные полезные ископаемые грейзенов: Sn, Be, W,
Mo
(касситерит, берилл, фенакит, изумруд,
вольфрамит, молибденит).
Обычно
месторождения
комплексные:
промышленное
значение
имеют
2-3
металла
одновременно. Месторождения по запасам обычно не
очень крупные, но руды богатые.
Формация вторичных кварцитов
Вторичные кварциты возникают при температурах
400-2000, на глубинах 1-2 км, под воздействием
кислых растворов (pH = 2-6), богатых H2S, SO42-,
CO2, HCO3-, Cl-, при высокой активности в растворах
Si, Al, Ti. Типичные вторичные кварциты возникают
по вулканитам кислого и среднего состава.
Полезные ископаемые: Cu, Mo, Au, Pb, Zn, Ag, Hg, Sb
Формация аргиллизитов
Аргиллизиты возникают в условиях малых глубин (от поверхности до 1 км),
при температурах от 300 до 50О (обычно 200-50О), при высокой активности
H2S, CO32, HCO3-. Окисление сульфид-ионов поверхностным кислородом до
сульфат-ионов приводит к большим колебаниям pH (от 6 до 1) и проявлению
контрастной
вертикальной
зональности.
На
участках
фумарольной
деятельности при этом могут образовываться обширные поля площадью в
десятки кв. км. Наиболее характерные аргиллизиты формируются по породам
кислого-среднего состава.
Формация березитов
Березиты образуются в широком диапазоне термодинамических условий
(температуры 400-150O, глубины 2-5 км), под воздействием растворов
слабокислой-близнейтральной реакции (pH = 5-7). Поэтому, наряду с
формированием колонки кислотного выщелачивания, в них всегда
картируется сопряженная прожилковая минерализация субщелочного
метасоматоза (пирит, хлорит, карбонат). С этим же связана повышенная
рудоносность березитов.
Классическая колонка березитов формируется по породам умереннокислого состава:
0. Гранодиорит
1. Кварц, кпш, альбит, хлорит, кальцит, магнетит Хлоритовая зона
2. Кварц, калишпат, альбит, хлорит, анкерит
3. Кварц, калишпат, серицит, анкерит
4. Кварц, серицит, анкерит
Карбонатная зона
5. Кварц, серицит
6. Кварц
Кварцево-серицитовая зона
Наиболее характерные полезные ископаемые: Au, U, Pb, Zn, Cu, Ag,
As, Sb, Ni, Co, флюорит
• Колонка березитов по гранодиоритам (фото)
Формация березитов
С увеличением основности исходных пород возрастает количество хлорита и
карбоната и уменьшается – кварца. В частности, по породам основного состава
обычно формируются метасоматиты с серицит-карбонатной внутренней зоной.
По карбонатным породам образуются серпентин-карбонатные или тальккарбонатные метасоматиты.
По ультраосновным породам формируются характерные метасоматиты,
которые носят название лиственитов:
0. Серпентинизированный перидотит
1. Оливин, пироксен, магнетит, серпентин, тальк
2. Тальк, магнезит, серпентин
3. Тальк, магнезит, кварц
4. Кварц, магнезит, фуксит
Лиственит
• Лиственит (фото)
Скарновая формация
Скарны – породы, сложенные известково-магнезиальножелезистыми алюмосиликатами и силикатами, образовавшимися в
зоне высокотемпературного контактового ореола интрузии при
реакционном взаимодействии карбонатных и алюмосиликатных
пород. Температура формирования скарнов – от 900 до 400O.
На магматической стадии, в контакте магмы с доломитами,
образуются
магнезиальные
скарны
(900-750О).
На
постмагматическом этапе могут формироваться только известковые
скарны (750-400O ).
Из полезных ископаемых с магнезиальными скарнами связаны
только магнетитовые руды, причем магнетит может отлагаться в
любой зоне колонки.
Скарновая формация
Известковые
скарны
могут
образоваться
инфильтрационным путем.
Колонка диффузионных скарнов:
0. Известняк
1. Кальцифир
2. Волластонитовый скарн
3. Гранатовый скарн
4. Пироксеновый скарн
5. Пироксен+скаполит
6. Альбит+калишпат
00. Андезибазальт
Зональность этой биметасоматической
относительно контакта двух пород
диффузионным
колонки
или
развивается
Скарновая формация
Зональность инфильтрационных скарнов развивается не столько
относительно контактов, сколько относительно зон повышенной
проницаемости:
Скарновая формация
Со скарнами связаны различные типы руд:
1. Сопутствующие образуются в процессе скарнирования и
являются частью скарновых колонок (волластонит, гранат,
поделочные камни).
2. Сопряженные завершают скарновый процесс и генетически с
ним связаны (сульфидно-магнетитовые руды (Fe, Co, As, Cu).
3. Наложенные формируются после образования скарнов, но
пространственно к ним приурочены; генетическую или
парагенетическую связь этих руд со скарнами не всегда можно
доказать(вольфрам-молибденовые, свинцово-цинковые, золотые,
урановые).
Пропилитовая формация
•е
Пропилитовые
зеленокаменные
изменения
являются
наиболее
распространенными
продуктами
гидротермальной
деятельности.
Формируются пропилиты и пропилитоиды при
температурах 200-350°С, при воздействии слабо
щелочных растворов, с образованием железокальций-магниевых минералов.
Выделяется 4 основных устойчивых минеральных
ассоциации пропилитов:
1) эпидот + хлорит;
2) эпидот + хлорит + калишпат;
250-150°С
3) эпидот +актинолит;
4) эпидот +актинолит + калишпат

 350-250°С
Типовые метасоматические колонки пропилитов
При наложении пропилитизации на породы
щелочного состава внутренняя зона имеет эпидотальбитовый или эпидот-калишпатовый состав.
При пропилитизации ультраосновных пород,
помимо эпидота, во внутренней зоне могут
присутствовать уралит, серпентин, тремолит,
магнезит, брейнерит с образованием характерных
пропилитоидов.
Рудоносность пропилитов
Пропилиты сами по себе слабо рудоносны, но
пропилитизация всегда предшествует процессам
кислотного
выщелачивания,
поэтому
пропилитизация характерна для внешних зон
практически
всех
гидротермальных
месторождений и может использоваться для
фиксации
контуров
рудных
полей
и
месторождений.
Рудоносность пропилитов
В целом, по соотношению с оруденением можно
выделить три типа пропилитизации:
1)Дорудная
пропилитизация
площадного
распространения
2)Апоскарновая (околоскарновая) пропилитизация месторождений железа и меди
3)Пропилитизация гидротермальных месторождений как процесс, сопряженный с оруденением
Пример: линейные зоны пропилитов
на гидротермальном месторождении Au
Пример: 2 типа пропилитов на золотоскарновом месторождении
Проявления преимущественно щелочного метасоматоза
В фельдшпатитовую-I формацию объединяются
метасоматиты существенно альбитового (реже
калишпатового)
состава,
возникающие
при
температурах 700-350°С, на глубинах 3-6 км. Для
растворов характерна высокая активность галоидов,
летучих, K, Na, Fe3+ и низкая активность углекислоты
и серы.
Образуются чаще всего в эндоконтактовой зоне
интрузий, а также в приразломных зонах в
докембрийских толщах.
С альбититами связаны месторождения Ta, Nb, Zr,
Hf, Sc, Be, Li, Rb, Cs, U, Th, флюорита
Средне-низкотемпературный щелочной метасоматоз
Средне-низкотемпературные калиевые (гумбеиты) и
натриевые (эйситы) метасоматиты образуются при
температурах 350-200°С, при высокой активности в
растворах K, Na, в меньшей степени Ca, Mg, Fe.
Эйситы
сопровождают
гидротермальные
месторождения урана и золота
Гумбеиты формируются в более широком диапазоне
термодинамических условий, чем эйситы. Хлорит не
характерен, наличие пирита говорит о более высокой
активности серы.
Полезные ископаемые: W, Cu, Bi
Кремнещелочные (кварцево-полевошпатовые) метасоматиты
Образуются во внутренних частях интрузивных массивов
при температурах 800-450°С под воздействием слабо
щелочных (pH = 7-8) растворов, при широком участии
летучих компонентов.
Это наиболее ранний постмагматический процесс, который
проявляется практически во всех гранитоидных интрузиях.
Во внутренних зонах метасоматитов нередко обособляются
кварцево-калишпатовые пегматоидные жилы, для внешних
зон характерно развитие биотита по амфиболам и
пироксенам. Во времени процесс сменяется альбитизацией.
Часто затушевывается наложением более поздних
процессов.
Кремнещелочные (кварцево-полевошпатовые)
метасоматиты
Оруденение с кварцево-полевошпатовым
метасоматозом непосредственно не связано,
он является дорудным и фиксирует зоны
повышенной проницаемости.
Близповерхностные щелочные метасоматиты
Образуются в приповерхностных условиях, чаще всего, в
вулканитах, при температурах 400-270°С, под воздействием
близнейтральных растворов (pH = 6-8), при высокой
активности Si, K, Na, B, F, Fe3+. Четко выраженной
метасоматической колонки не формируется. Образуются
породы, которые носят название калишпатофиры и
альбитофиры.
Характерны
также
гематит-адуляркварцевые жилы.
Региональные метасоматические формации
Региональная метасоматическая формация (РМФ) –
это совокупность гидротермально-метасоматических
образований, связанных с единым геологическим
процессом (например, со становлением интрузивного
массива). РМФ включает в себя как тела
полнопроявленных
локальных
метасоматитов
различных формаций, так и области слабо
проявленных
метасоматических
изменений
в
промежутках между ними.
Классификация региональных метасоматических формаций
Генетические
классы
Плутоногенный
Вулканогенный
Тектоногенный
Становление внедренных плутонов
Становление наземных вулканогенных массивов
Тектонические перестройки при
низкой магматической активности
Фельдшпатолит-пропилитовые
Фельдшпатофировые
Пропилитовые
Грейзены, скарны,
щелочноамфиболовые и турмалинамфиболовые фельдшпатиты
(калишпатиты, альбититы) с более
поздними березитами, вторичными
кварцитами и аргиллизитами
Аргиллизиты, вторичные кварциты с подчиненными хлоритовыми альбититами и
калишпатитами
Березиты, серицитолиты с переходами к вторичным кварцитам,
кварц-альбитовые
и
альбитовые
метасоматиты
(эйситы)
Строение
Концентрически-зональное, многостадийное
Вертикально-зональное,
многоцентровое, малостадийное
Линейно-вытянутое,
дийное
Гидротермальнометасоматические
системы
Внутриинтрузивпые и околоинтрузивные
Депрессионно-поствулканические
Приразломные амагматические
Примеры РМФ
Фельдшпатолит-грейзеновая,
калишпатолит-пропилитовая, скарнпропилитовая, оксеталитовая,
альбитит-щелочнопропилитовая и др.
Калишпатофир-аргиллизито-вая
(разновидности: альбититаргиллизитовая,
калишпатитаргиллизитовая) и др.
Пропилит-серицитолитовая,
пропилит-березитовая
(разновидности: собственно
березитовая, березитальбититовая, березитоидная) и
др.
Геологические
условия
Состав
Периферические зоны
Центральные
зоны
малоста-
Фельдшпатолит-грейзеновая РМФ
Методика картирования метасоматитов
1. Изучение эталонных объектов (детально вскрытых горнобуровыми работами месторождений)
2. Детальная документация по эталонным разрезам с
обязательным освещением следующих вопросов:
а) состав исходных пород;
б) типы метасоматических изменений и их возрастные
взаимоотношения;
в) связь метасоматитов с магматизмом;
г) зональность метасоматитов;
д)
прожилковая
(жильная)
минерализация
и
околожильная минерализация стадии осаждения;
е) положение оруденения в метасоматической колонке;
ж) пострудный метаморфизм;
з) диагностика метасоматитов в зоне гипергенеза.
Методика картирования метасоматитов
Плотность наблюдений: по выработкам и керну скважин –
сплошная зарисовка (фото), при картировании поверхности – не
менее 1 точки на см2 карты.
Отбор образцов и проб для изучения метасоматических колонок
ведется вкрест простирания тел метасоматитов. Расстояние
между точками взятия образцов зависит от размеров
(мощности) метасоматических тел. Цель – охарактеризовать все
переходы от неизмененных пород к полнопроявленным
метасоматитам.
Расстояние между пересечениями и общее количество
пересечений
определяется
сложностью
строения
метасоматических тел и их доступностью для изучения. В целом
количество образцов (и шлифов) может достигать нескольких
тысяч на одно эталонное месторождение.
Методика картирования метасоматитов
3) Камеральные работы
а) Описание образцов под бинокуляром
б) Описание шлифов. Эталонные колонки описываются детально,
основная же масса шлифов может быть описана по сокращенной
программе, но с обязательным указанием количественных
соотношений и форм выделения эпигенетических минералов.
в) Описание аншлифов – для выявления возрастных
взаимоотношений рудных минералов и характера их
распределения в метасоматитах.
г) Минералогический анализ проб-протолочек из неизмененных
пород и фациальных разновидностей метасоматитов – для
характеристики их минерального состава.
д) Определение абсолютного возраста исходных пород и
метасоматитов.
е) Определение физических свойств пород и метасоматитов.
Методика картирования метасоматитов
ж) Изучение баланса вещества при
метасоматических процессах (Казицын
Ю.В., Рудник В.А. Руководство к
расчету
баланса
вещества
и
внутренней
энергии
при
формировании
метасоматических
пород. – М.: Недра, 1968. – 363 с.)
Пример: баланс петрогенных элементов при
формировании колонки инфильтрационных
скарнов
150
n 1000A
X
Si
125
100
75
50
40
30
Ca
20
Mg
2+
Fe
15
10
Fe3+
5
K
Mn
W
1
W
2
W
3
W-Gr
4
Gr
5
Gr-Pyr
6
L
L
7
Методика картирования метасоматитов
з) Геохимический спектр пород и метасоматитов.
и) Изучение форм нахождения типоморфных элементов в
метасоматитах.
к) Составление карт метасоматических процессов. Для
рассматриваемых задач они составляются в масштабах
1:2000-1:10000. На детальных картах и разрезах есть
возможность показать отдельные тела метасоматитов и
показать их зональность, в более мелких масштабах
можно изобразить только ореолы и ареалы
метасоматических тел или фаций метасоматитов.
В средних масштабах (1:50000 и мельче) строятся карты
метасоматических формаций (или рядов формаций).
Карта метасоматических формаций
Геологическая карта
Пропилиты
+
++ +
+
+ +
+ +
Грейзены
Березиты
Скарны
Грейзены
++
Грейзены
Пример 2:
Пропилиты и березиты на гидротермальном
месторождении Au