Лекция n 7

Геохимия пегматитового процесса

Первая наиболее детальная классификация пегматитов принадлежит А.Е.Ферсману, в ней пегматиты разделены в соответствии с температурами образования на геофазы. Ферсман полагал, что пегматиты образуются из особого пегматитового расплава, представляющего собой остаток от кристаллизации гранитной магмы, который обогащен летучими и редкими литофильными элементами.

Классификация пегматитов по А.Е.Ферсману

Фаза		Темпера- тура	Тип пегматитов	Стадия
A		>800		Магматическая
B		800
C	Пегматитовая	700	Iобычные II с редкими элементами	Пегматитовая
D	Пегматиодная	600	III борофтористые
E			IV фторберилиевые	Пневматолитовая
F	Надкритическая	500	V натрово-литиевые
G			VIмарганцево-фосфатные
H	Высокая терма	400	VII фторалюминиевые (криолитовые)	Гидротермальная

Исследованиями 40-60-х годов показано, что в гранитных пегматитах любого состава начало кристаллизации характеризуется близкими температурами порядка 550-600^оС; в ранних минералах обнаружены стекловатые расплавные включения, свидетельствующие о магматическом состоянии минералообразующей среды, а заключительные фазы процесса приходятся на Т около 300оС. Таким образом, существенных различий по температуре образования между разными типами пегматитов не устанавливается.

В тоже время выявилась отчетливая корреляция между типом минерализации пегматитов и фацией (фациальной серией) метаморфизма вмещающих пород, то есть связь типов пегматитов с давлением и глубиной. Первая классификация, построенная на этом принципе, была разработана А.И.Гинзбургом и Г.Г.Родионовым.

Глубина	Тип пегматитов
> 8 км	Редкоземельные (ортитовые, монацитовые)
5-8 км	слюдоносные
4-5 км	редкометалльные
2-4 км	хрусталеносные

Величины глубин были получены по данным геологического картирования. Это стало началом формационного подхода к классификации пегматитов.

Позднее было показано, что формирование пегматитов происходит при избыточном относительно литостатического внутреннем давлении. И по современным данным главный фактор специализации пегматитов и основа для выделения их типов это давление. Оценки давления сделаны по термобарогеохимическим данным (по включениям жидкой углекислоты).

Классификация пегматитов по Б.М.Шмакину, В.М.Макагону.

Группа формация	Р, кбар	Минерагенические формации	Фации метаморфизма
Высоких давлений	5-8	Уран-редкоземельные Слюдоносные: мусковитовые редкометалльно-мусковитовые	Гранулитовая Амфиболитовая (дистен-силлиманитовая Эпидот-амфиболитовая и амфиболитовая (наложение типов)
Умеренных давлений	2-5	Редкометалльные: сподуменовые петалитовые	Амфиболитовая и эпидот-амфиболитовая (андалузит-силлиманитовая
Низких давлений	1-2	Миароловые Ниобий-иттриевые	Зеленосланцевая наложенный щелочной метасоматоз в условиях низких давлений

От первой формации к третьей понижается роль метаморфического фактора и повышается - магматического.

За ранним этапом формирования первичных минеральных парагенезисов пегматитов следует послемагматический метасоматический этап. В большинстве случаев послемагматические преобразования в пегматитах вызваны наложенными растворами. Процессы последовательно замещения первичных парагенезисов определяются режимом щелочно-кислотности растворов, и их последовательность соответствует волне кислотности-щелочности, предложенной Д.С.Коржинским. По минеральным ассоциациям выделяются стадии и соответствующие зоны в пегматитах:

Стадии послемагматического замещения	Зона в пегматитовых телах
Ранняя щелочная	Апографическая микроклиновая
Кислотная: возрастающей кислотности максимальной кислотности	Кварц-мусковитовый комплекс Кварцевое ядро
Поздняя щелочная	Участки альбитизации и растворения кварца

Ранней щелочной стадии соответствуют наиболее ранние процессы биотитизации и микроклинизации, происходит замещение плагиоклаза микроклином, перекристаллизация ранних калишпатов, образование или собирательная перекристаллизация биотита. Стадия возрастания кислотности обычно проявляется в гидролизе полевых шпатов с образованием кварц-мусковитового агрегата или кварц-мусковит-плагиоклазового замещающего комплекса. Переход к этой стадии сопровождается развитием акцессорной минерализации, при этом источником фемических компонентов и редких элементов является биотит. На стадии максимальной кислотности все ранее образованные ассоциации подвергаются замещению кварцем, сначала замещается микроклин и биотит, а затем мусковит и плагиоклаз. Поздняя щелочная стадия характеризуется развитием кварц-альбитового агрегата.

В составе пегматитовых жил разных формаций различна роль первичных парагенезисов и замещающих комплексов. Для уран-редкоземельных пегматитов высоко давления процессы постмагматического замещения не характерны. В слюдоносных пегматитах широко проявлены кварц-мусковитовое и кварцевое замещение. Наиболее характерные процессы это мусковитизация биотита и гидролиз (кварц-мусковитовое замещение) полевых шпатов. Альбитизация проявлена слабо. В редкометалльных пегматитах умеренных давлений широко распространены кварц-мусковит-альбитовый и кварц-альбитовый замещающие комплексы. В формациях низких давлений наиболее развит процесс альбитизации.

Распределение элементов-примесей в пегматитах и их минералах определяется главным образом геохимической связью с петрогенными аналогами. Но структура минерала-хозяина создает лишь возможность для вхождения примеси, которая используется в зависимости от термодинамической обстановки и концентрации элементов в минералообразующей среде. В зависимости от этих факторов каждая последующая перекристаллизация приводит либо к повышению концентрации элементов примесей в минералах, либо, напротив, к самоочищению минералов. Содержания рассеянных элементов в пегматитах в целом зависят от количества в них минералов-носителей и концентраторов.

Геохимия пегматитов различных типов

Редкоземельные пегматиты

При образовании важна роль углекислоты и фтора, предпочтительно концентрируют трехвалентные катионы – РЗЭ (в форме акцессорных минералов) и двухвалентные катионы.

Мусковитовые пегматиты

Ход метаморфических процессов, в том числе формирование пегматитов, в значительной мере определяется содержанием летучих компонентов в исходных породах. Наиболее важными летучими являются углекислота и вода, что способствует широкому развитию в ПГ слюд. Среди них выделяются первично магматические - плагиоклаз-микроклиновые и первично метаморфические - биотит-плагиоклазовые. От первых ко вторым снижается содержание К₂О и растет Na₂O. В зонах мусковитизации первых содержание К₂О уменьшается (вынос при гидролизе кпш), а последних - увеличивается (захват выносимого К слюдой).

Одни элементы содержатся в мусковитовых ПГ в избытке в сравнении с вмещающими породами, они предположительно привносятся извне в зону гранито- и пегматитообразования, это K, Ba, Sr, Rb, Cs. Контактовые ореолы инъекционных магматических жил обогащены ими. Другие элементы, напротив, в более высоких концентрациях присутствуют во вмещающих породах - это РЗЭ, Li, Zn, Nb, F, Cl. Заимствование этих элементов из вмещающих пород происходит на позднем, послемагматическом этапе, когда идет активный обмен компонентами ПГ с вмещающими породами (обогащение этими элементами поздних генераций биотита, мусковита, поздних акцессориев).

Для Li минералов концентратором и носителем является биотит. Для Rb и Cs - концентратором является биотит, в зонах поздней альбитизации - мусковит, а носителем служит кпш, при его отсутствии биотит или мусковит. В процессе мусковитизации Rb и Cs переходят из кпш в мусковит, и валовое их содержание в ПГ снижается, но вокруг жил формируются положительные аномалии Rb и Cs, приуроченные к участкам микроклинизации и мусковитизации вмещающих пород).

Характерны очень высокие концентрации Ba и Sr, значительно превышающие таковые других типов гранитоидов. Основные концентраторы и носители для Ва - калиевые минералы: кпш, мусковит, биотит, для Sr - плагиоклаз. но возможные высокие концентрации и в кпш. В калиевых минералах Ba и Sr замещают К, в в кальциевых - Са. Главная черта - резкое снижение их концентраций в поздних генерациях всех минералов по сравнению с ранними. В кпш снижение до 10-30 раз, в плагиоклазе - 2-10 раз. Выносимые Ba и Sr входят в минералы послемагматических мусковит-плагиоклазовых жил, создают положительные аномалии в экзоконтактовых ореолах. Но поведение в ореолах зависит от концентрации во вмещающих породах.

РЗЭ содержатся в малых количествах, особенно HREE и Y. Главная их часть сосредоточена в акцессорных минералах: ортите, монаците, ксенотиме, а также апатите и гранате. В незамещенных ПГ РЗЭ рассеяны в породообразующих минералах. На ранней щелочной стадии содержание РЗЭ растет за счет развития биотита, и роста концентраций в нем РЗЭ. На стадии возрастания кислотности концентрации La, Ce в биотите и кпш уменьшаются, а Y возрастают. В зонах мусковитизации главная часть РЗЭ связана с акцессориями. Содержание РЗЭ в ПГ коррелирует с содержанием во вмещающих породах, но в большинстве случаев ПГ относительно обеднены РЗЭ. В сравнении с другими типами ПГ они обеднены Sn, Be.

Редкометалльно-мусковитовые пегматиты

Не имеют в отличие от мусковитовых ПГ крупных зон кварц-мусковитового замещения наложенного характера, и соответственно масштабы экзоконтактовых изменений меньше. От редкометалльных ПГ отличаются полным отсутствием первичной литиевой минерализации, значительно более низким содержанием P, F, редких щелочей, Ta, Nb.

Более однородны по содержанию петрогенных элементов, так как это всегда инъекционные тела с преобладанием автометасоматических замещений.

Содержания редких щелочей: Li, Rb, Cs превосходят средние в гранитах и мусковитовых ПГ. В минералах поздних генераций содержания щелочей увеличиваются. Мусковит второй генерации содержит в 3 раза больше Rb и в 15 раз больше Cs. В целом рост концентрации Cs опережает рост Rb, и Rb/Cs уменьшается. На стадии возрастания кислотности с понижением Т возрастает возможность изоморфного вхождения Rb и Cs на позиции К в кпш и мусковите. Это автометасоматическое перераспределение без существенного обмена с вмещающими породами и без выноса в ореолы.

Для Ba и Sr содержания уменьшаются к поздним генерациям минералов. Содержания этих элементов в минералах в целом ниже, чем в мусковитовых ПГ, а Ве - выше.

Из летучих компонентов главную роль играют вода и углекислота, иногда Р, концентрации других обычно очень низки.

Редкометалльные пегматиты

Отличительная черта сподуменовых и петалитовых редкометалльных ПГ это высокие концентрации редких щелочей (Li, Rb, Cs), Ta, Nb, Be, Sn, напротив содержания Ba очень низки.

Среди сподуменовых ПГ выделяются собственно литиевые и тантал-цезий-литиевые. Максимальные концентрации Li характерны для позднемагматического альбит-кварц-сподумен-микроклинового комплекса, главный носитель Li это сподумен, и концентрация Li коррелирует с содержанием этого минерала. Концентрируют Li и другие минералы - монтебразит, лепидолит.

Максимальные концентрации Rb и Cs также как и Li приурочены к альбит-кварц-сподумен-микроклиновому комплексу, особенно высоки они в комплексных ПГ, где появляется собственный минерал Cs - поллуцит.

Замещение микроклина и сподумена альбит-кварц-сподумен-микроклинового ПГ на послемагматическом этапе с образованием кварц-мусковит-альбитового комплекса приводит к выносу редких щелочей за пределы пегматитовых тел с их фиксацией в зонах экзоконтактовых изменений с замещением первичного амфибола - гольмквиститом и биотитом, а первичного биотита - вторичным биотитом и мусковитом. Так формируются геохимические ореолы редких щелочей в экзоконтактах жил.

Таким образом, в процессе кристаллизации и магматической дифференциации происходит накопление редких щелочей, а при последующем послемагматическом замещении наблюдается вынос их из ПГ с образованием мощных зон экзоконтактовых ореолов.

Тантал и ниобий концентрируются в главным образом в колумбит-танталите, в отличие от редких щелочей максимальные их концентрации достигаются в позднем кварц-мусковит-альбитовом комплексе. Олово преимущественно концентрируется в раннем сподумен-кварц-альбитовом комплексе, минералом концентратором и носителем является касситерит.

Сподуменовые ПГ характеризуются в целом низким содержанием летучих компонентов и высокой ролью СО₂ при их формировании, содержание F во флюидной фазе возрастало на завершающем этапе кристаллизации комплексных ПГ, при послемагматическом замещении возрастала роль воды и Cl.

Содержания Ba в микроклине сподуменовых ПГ низки в сравнении с ПГ высокого давления. Вместе с тем они повышены в сравнении с типичными для безрудных ПГ, являющихся дифференциатами массивов гранодиорит-гранитной формации, следовательно, сподуменовые ПГ не могут являться продуктами дифференциации этих гранитоидов.

Для петалитовых ПГ главными летучими компонентами в процессе формирования являются вода и F, значительную роль могли играть P, B, CO₂. Для этого процесса характерно широкое развитие ликвационных явлений, определяющих условия концентрирования редких щелочей и тантала. Ликвация пегматитового расплава обусловливает высокую неоднородность распределения элементов, контрастное обогащение отдельных участков редкими щелочами, Ta, Sn, вплоть до формирования анхимономинеральных зон и участков.

Миароловые пегматиты

Главной геохимической чертой миароловых пегматитов является достаточно высокое суммарное содержание калия и натрия с обязательным преобладанием калия. Эта же особенность свойственна и гранитам, с которыми связаны миароловые ПГ. По-видимому, именно высокая калиевость ПГ обеспечивает повышенную щелочность остаточных растворов и их высокую растворяющую способность на заключительных стадиях послемагматического процесса.

По содержаниям малых элементов занимают промежуточное положение между мусковитовыми и редкометалльными ПГ и близки к редкометалльно-мусковитовым. Но характерны колебания содержания элементов, поскольку вторичные миаролы могут образоваться в ПГ любой специализации.

Из летучих компонентов в миароловых ПГ главное значение имеют вода и фтор. Концентрация углекислоты весьма не постоянная, также как и бора.

Таким образом, в пегматитах высоких давлений важную роль, наряду со щелочами, играют двух- и трехвалентные катионы, а среди летучих - СО₂ при пониженном содержании Н₂О в редкоземельных ПГ и повышенном в мусковитовых ПГ. Геохимической особенность ПГ умеренных давлений является концентрирование редких щелочей и металлов высокой валентности - Sn, Ta, Nb, а также высокие содержания СО₂ или F и Н₂О во флюидной фазе. Для миароловых ПГ определяющим фактором является накопление летучих в процессе кристаллизации или воздействие наложенных водно-солевых флюидов с фтором, углекислотой, бором.

Геохимические критерии поисков и индикаторы специализации пегматитов

Для выявления пегматитовых полей и отдельных жил используются ореолы рассеяния редких элементов, которые имеют значительно большие размеры, чем сами пегматитовые тела. Характер ореолов рассеяния различен для пегматитов разной формационной принадлежности. Наиболее хорошо изучены ореолы рассеяния промышленно значимых мусковитовых и редкометалльных пегматитов.

1) Инъекционные тела мусковитовых пегматитов сопровождаются более ранними зонами микроклинизации, для которых характерны положительные 2-4 кратные аномалии Rb, Ba, Pb. В зонах мусковитизации относительно накапливаются Cs, Li, Rb, REE, F, B. Поздние зоны окварцевания сопровождаются отрицательными аномалиями (в 2-6 раз ниже фона).

Важным критерием при поисках является изменение дисперсий содержаний. Повышение дисперсии обусловлено многократным перераспределением элементов в ореолах, чередованием зон накопления и зон выноса.

2) Редкометалльные пегматиты по составу резко отличаются от вмещающих пород. Наиболее надежными индикаторами для их ореолов являются положительные аномалии редких щелочей – Li, Rb, Cs, особенно характерен Li. Аномалии не сопровождаются появлением новых минералов-концентраторов, а обусловлены изоморфным вхождением щелочных элементов в амфибол (Li) и слюды (Li, Rb, Cs).

Среди геохимических индикаторов специализации пегматитов, т.е. их формационной принадлежности, наиболее важным и универсальным является содержание Ва в калишпате и мусковите. Максимальные его концентрации характерны для минералов мусковитовых пегматитов, которые и в целом обогащены этим элементом. Содержания Ва снижаются в минералах редкометалльно-мусковитовых и еще сильнее редкометалльных пегматитов. Напротив, концентрации Rb в калишпате и мусковите растут от мусковитовых пегматитов к редкометалльно-мусковитовым и редкометалльным. Соответственно очень контрастно изменяется Ba/Rb отношение в кпш: в ряду от мусковитовых пегматитов к редкометалльно-мусковитовым и редкометалльным, Ba/Rb составляет 14-27; 0,25-0,75; 0,006-0,02. Это отношение отражает и степень перекристаллизации и замещения первичных парагенезисов послемагматическими, так как оно отчетливо снижается из-за падения концентраций Ва и роста Rb в более поздних генерациях минералов. Следовательно, для выявления специализации пегматитов следует использовать минералы одного и того же этапа формирования пегматитов.

Для слюдоносных пегматитов дополнительным критерием является обогащенность Ве. И в целом, в них по сравнению с другими типами пегматитов повышены содержания в минералах (кпш, биотит, мусковит) двухвалентных катионов (Ba, Sr, Pb) и понижены – одновалентных (Rb, Cs).