3.5 Гипергенный метасоматоз

Классики теории процессов метаморфизма считали, что распространение понятия метаморфизма на процессы выветривания и цементации неоправданно расширяет область действия метаморфизма и к нему следует относить лишь процессы, действующие «ниже поверхности зон выветривания и цементации». Вместе с тем, известный специалист по метаморфическим породам Н.А. Елисеев (1963) писал, что «метасоматизм – это метаморфизм с изменением химического состава», а поскольку это так, то в существе процессов выветривания нет ничего такого, что бы противоречило этому определению и не позволяло рассматривать продукты процесса выветривания как результаты достаточно специфического и сложного, но все-таки метасоматического процесса. В этой связи коснемся существа процесса экзогенного метасоматоза несколько детальнее.

Главными факторами гипергенного (гипергенез, по А.Е. Ферсману) метасоматоза, как и эндогенного, являются химические потенциалы летучих компонентов флюидной фазы, температура и давление (₁,₂… _n, Р,T). Летучие компоненты выступают активным и мощным агентом гипергенного метасоматоза. В экзогенных процессах, в отличие от эндогенных, состав флюидной фазы устанавливается с достаточной долей уверенности, основанной на принципе актуализма. Современных прогресс в области изучения состава поверхностных и грунтовых вод позволяет судить о составе метасоматических растворов даже с большей определенностью, чем о составе флюидов глубинных метасоматических процессов. Состав вод преимущественно гидрокарбонатный магниево-кальциевый, иногда натриевый, хлоридный, щелочно-карбонатный, углекислый, азотный, сероводородный, метановый. Степень минерализации увеличивается с глубиной.

В зоне гипергенеза материнские породы попадают в термодинамические условия, близкие к стандартным (Т = 25^оС, Р = 1 МПа), характеризующиеся меняющимся химическим потенциалом кислорода при варьирующих значениях величин Eh-pH и других компонентов. Например, химический состав поровых растворов из различных зон никелевых кор выветривания Урала представлен в таблице 3.9

Таблица 3.9

Химический состав породвых растворов (мг/л) в различных зонах никелевой коры выветривания Урала (Бугельский, 1979)

Компоненты состава	Серпентиниты дезинтегрированные	Серпентиниты выщелоченные	Глинистые продукты выветривания	Охры
pH	6,6-7,5	6,5-8,2	6,3-7,2	6,5-7,4
Ni	0,1	0,035	0,01	0,006
SiO2	36,3	30	25	7,5
HCO3-	39,6	105,2	79,3	56,4
CO42-	90,5	26	14	2,5
Mg2+	70	15	9,2	3,0
Общая минерализация	304,4	241,6	154,6	98,0

Хотя термодинамические факторы гипергенного метасоматоза и близки к стандартным условиям температуры и давления, в действии температурного фактора в экзогенном процессе имеются свои важные особенности. Температура подземных вод с глубиной растет с градиентом 1-3 ^оС на 100 м глубины. Положительные тепловые аномалии («горячие точки») наблюдаются в областях современного вулканизма, в рифтовых зонах, в зонах глубинных разломов. Изучение условий образования, например, никелевых кор выветривания показывают, что они образуются в диапазоне температур от 0 до 70 ^оС в условиях тропического климата, при которых процессы химического выветривания протекают значительно более интенсивно, чем в условиях холодного климата. Очень важной является и динамика изменений температурного режима в процессе ритмических колебаний суточных, сезонных и других температур. Фактор давления также нельзя не учитывать, особенно, при изучении действия механизма напорных вод, меняющих направление общего потока вод с нисходящего в зоне просачивания и аэрации на восходящий в зоне истечения.

В гипергенном, как и в эндогенном процессе полезно использовать понятие об инертных и подвижных компонентах, а также закрытых, открытых, частично закрытых и открытых системах. Для гипергенных метасоматических систем значительный интерес представляют не только интенсивные, но и экстенсивные факторы метаморфизма. В гипергенных, как и в эндогенных, процессах наблюдается геологическая стадийность и химическая направленность, следствием которой является образование зональности (рис.3.36) При изучении процессов гипергенного метасоматоза важную роль играет состав первичных, или материнских, пород и степень их изменения метасоматическим процессом, которая может быть слабой, значительной или очень сильной в зависимости от соотношения химических составов матрицы и образованного метасоматита. Рис.3.36 Зональный профиль никелевой коры выветривания Урала 1 – серпентинизированные ультрамафиты (перидотиты и дуниты); 2 – зона дезинтегрированных серпентинизированных ультрамафитов и серпентинитов; 3 – зона выщелоченных серпентинитов; 4 – зона нонтронитовых и хлоритовых метасоматитов: а – горизонт нонтронитизированных серпентинитов, б - собственно нонтронитовых и хлоритовых метасоматитов, в – горизонт обохренных нонтронитов и хлоритов, 2 – «черный горизонт»; 5 – оксидно-железная зона:

а – плотные (структурные), б – рыхлые (бесструктурные) гетитовые охры

С этих позиций значительный интерес представляет определение баланса количества вещества, которое было привнесено и вынесено из горной породы в процессе метасоматоза.

Гипергенные метасоматиты образуют обширный класс метаморфических пород. Традиционно они были предметом изучения специалистов по осадочным породам и лишь недавно стали рассматриваться как метасоматические образования. Другими словами, изучение процессов химического выветривания осадочных пород с позиций метасоматоза расширяет наши представления о роли этого типа метаморфизма в протекании геологических процессов.