Часть V. Петрография и петрология метасоматических горных пород

4.1.2. Известковые скарны

Известковые скарны — это метасоматиты, сложенные в основ­ном пироксенами диопсид-геденбергитового ряда, гранатами грос-суляр-андрадитового ряда и волластонитом.

Исходные породы. Известковые экзоскарны образуются по из­вестнякам, мергелям, известковистым туфам и туффитам, магнези­альным скарнам. Экзоскарны возникают по интрузивным поро­дам различного состава, а также по эффузивам, кристаллическим сланцам и гнейсам, примыкающим к зонам высокотемпературно­го прогрева в контактовых ореолах интрузивов. Для образования мощных скарновых тел особенно благоприятны участки чередова­ния карбонатных и алюмосиликатных пород.

Условия залегания метасоматитов. Известковые скарны приуро­чены к контактам разнообразных по составу интрузивов, но глав­ная их масса тяготеет к гранитоидам повышенной основности. Форма скарновых залежей разнообразна, преобладают пластовые, линзовидные, плащеобразные тела мощностью от десятков санти­метров до первых десятков метров. Кроме того, скарны встречают­ся среди интрузивных и карбонатных пород без видимой связи с интрузивными контактами (рис. 4.2). В этом случае они образуют

Рис 4.2 Жильные известковые скарны, по ВАЖарикову [1968] с упроще-

ниями:а- ... б-... 1-... 2 3 4 5 6

688

*• Метасоматиы, равновесные с нейтральными растворами

трубо-, жило- или столбообразные тела, а также залежи, мощность которых достигает 15-30 м. По падению жилы и столбы прослеже­ны на глубину до 100-300 м.

Минеральный состав. Главные минералы представлены фаната­ми, клинопироксенами, волластонитом, реже скаполитом, эпидо-том и везувианом. Последний особенно характерен для метасома-титов, которые развиваются по ранее образованным магнезиальным скарнам.

К второстепенным и акцессорным минералам относятся магне­тит, апатит и сфен. В приповерхностных условиях среди главных или второстепенных минералов появляются ларнит, мервинит, сперрит, тиллеит, геленит.

Для околоскарновых пород типичны полевые шпаты, скапо­лит и эпидот.

Пироксены известковых скарнов представлены изоморфным рядом диопсид-геденбергит с небольшой примесью чермакита и эгирина. Чистый диопсид встречается редко, как правило, в без­рудных скарнах. Наиболее распространены салиты с переменным содержанием геденбергитовой молекулы. На заключительных ста­диях скарнообразования появляется иогансенит CaMnSi₂O₆.

Гранаты относятся к изоморфному ряду фоссуляр-андрадит с небольшой (до 8-10 мол.%) примесью пиральспитового компо­нента. Типоморфными признаками фанатов из скарнов являются секториальное двойниковое строение, зональность и аномальная анизотропия, которая появляется при содержании более 40 мол.% андрадитового компонента. На заключительной стадии скарнооб­разования формируются существенно андрадитовые гранаты с 85—100 мол.% железистого компонента.

Волластонит слагает спутанноволокнистые или радиальнолучи-стые афегаты, реже образует отдельные мелкотаблитчатые кристал­лы. Эпидот типичен для эндоскарновых зон, где иногда формиру­ются зоны мономинеральных эпидозитов.

Следует отметить, что однотипные минералы эндо- и экзоскар-нов заметно отличаются по химическому составу. Гранаты эндо-скарнов всегда содержат больше фоссулярового минала по сравне­нию с гранатами экзоскарнов. Железистость пироксенов из экзоскарнов, как правило, выше, чем у пироксенов из эндоскарнов. Кроме того, в эндоскарнах всегда присутствуют апатит и титанит.

Химический состав. Формирование известковых эндоскарнов сопровождается накоплением Са и уменьшением содержания Si

689

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород

по сравнению с исходными алюмосиликатными породами. В экзо-скарнах, наоборот, присутствует большее количество Si и меньшее Са, чем в карбонатных породах. Содержание Fe (иногда и Mg) воз­растает во всех разновидностях скарнов, а глинозем испытывает незначительное перераспределение.

Внешний облик. В зависимости от минерального состава окра­ска скарнов может варьировать от черной (гранатовые скарны) и темно-зеленой (породы, обогащенные геденбергитом) до пятни­стой (пироксен- гранатовые скарны) и серовато-белой с краснова­тым оттенком (волластонитовые скарны). Размеры минеральных зе­рен колеблются от долей миллиметра до 1—2 см, иногда отдельные кристаллы пироксена и фаната достигают 10-15 и даже 30-50 см. Очень характерно неравномернозернистое строение пород. Среди текстур типичны массивная, пятнистая, полосчатая, друзовая.

Микроструктуры. Преобладающими микроструктурами явля­ются гранобластовая, гетеробластовая, порфиробластовая и нема-тогранобластовая.

Стадийность и зональность метасоматитов. Для известковых скар­нов характерны разнообразные типы метасоматической зонально­сти, что обусловлено вариациями температуры и состава растворов, а также глубиной становления метасоматитов.

В обобщенном виде метасоматическая колонка выглядит следу­ющим образом:

0. Карбонатная порода

1. Волластонитовый экзоскарн

2. Пироксеновый экзоскарн

3. Гранатовый экзо- или эндоскарн

4. Пироксен-гранатовый эндоскарн

5. Пироксен-плагиоклазовая околоскарновая порода 0. Алюмосиликатная порода

При понижении температуры из колонки выпадает зона волла-стонитового, а иногда и гроссулярового скарна; в эндоскарнах по­является эпидот. В ходе дальнейшего охлаждения формируются ассоциации кварц-плагиоклазовых метасоматитов: Мп-содержа-щие пироксены, андрадит, амфибол, плагиоклаз, кварц (см. раз­дел 4.2.2) и низкотемпературная пропилитовая ассоциация: эпи­дот, тремолит, хлорит, кальцит.

При понижении температуры и повышении кислотности рас­творов на скарны накладывается грейзеновая ассоциация- флюорит слюды, хрупкие слюды, топаз (см. раздел 5.1.3).

690

4. Метасоматиы, равновесные с нейтральными

растворами

4.1.3. Физико-химические условия формирования метасоматитов

Согласно экспериментальным данным, магнезиальные скар­ны возникают при температурах от 650 до 900 °С и выше под воздей­ствием слабощелочных близнейтральных галоидных растворов, обогащенных углекислотой, рН которых колеблется от 5.5 до 8.5 при оптимальных значениях рН = 5.5-6.0. Повышение щелочности растворов способствует формированию диопсидовых магнезиаль­ных скарнов, а увеличение кислотности — кальцит-форстерито-вых и форстерит-магнетитовых скарнов. Понижение давления спо­собствует разложению доломита и образованию на малых глубинах периклазовых мраморов и магнезиальных скарнов:

CaMg(CO₃)₂ → СаСО₃ + MgO + СО₂.

доломит кальцит периклаз

При низком Р_со2 становится возможной декарбонатизация и возникновение монтичеллита (ларнита, мервинита): Mg₂Si0₄ + СаСО₃ → CaMgSiO₄ + MgO + CO₂.

форстерит кальцит монтичеллит периклаз

По экспериментальным данным Л.И.Иоффе и Н.Н.Перцева (1972 г.), монтичеллитовые скарны образуются при Т= 800 °С и Р_со2 = 10МПа. Понижение температуры приводит к смене магнези­альных скарнов известковыми вследствие существенного уменьшения активности магния и понижения роли углекислоты. Оптимальные температуры формирования известковых скарнов составляют 540-700 °С. Главной причиной, препятствующей возникновению этих метасоматических пород при более высокой температуре, явля­ется устойчивость кальцита, особенно при большом давлении. Поэто­му известковые скарны не образуются на магматической стадии и от­сутствуют на больших глубинах, где при высоком Р_со2 Са-содержащие скарновые минералы разлагаются с образованием кальцита.

Среди метасоматических колонок, полученных эксперимен­тальным путем, к природной зональности известковых скарнов на­иболее близки те, которые являются результатом взаимодействия с близнейтральными и слабокислыми (рН = 5.5-6.0) хлоридными растворами (NaCl, KC1, СаС1₂, MgCl₂). Под воздействием щелочных растворов процесс формирования известковых скарнов развива­ется слабо.

Таким образом, переход от магнезиальных скарнов к известко­вым отражает не только снижение температуры, но и изменение рН растворов от слабощелочных до слабокислых.

691

Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород

Изучение флюидных микровключений в минералах скарнов подтверждает изменение состава растворов при переходе от магма­тической стадии к постмагматической. Высокотемпературные флю­иды магматической стадии обогащены компонентами расплавов: Si, Al, Fe, а также углекислотой (Х_СО2 = 0.6-0.8). Проникая в доломи­ты', такие растворы формируют магнезиальные скарны. Поскольку в этих условиях устойчив кальцит, а не Са-содержащие силикаты и алюмосиликаты, то известковые скарны образоваться не могут. Во флюидах постмагматической стадии вода преобладает над уг­лекислотой и возрастает активность Mg, К и Fe. Просачиваясь в контактах карбонатных и алюмосиликатных пород, эти флюиды стимулируют обменные реакции, обеспечивая участие в скарно-образовании Са, Mg, Si и Al.

Итак, скарны образуются в результате средне-высокотемпера­турного (Т= 450-900 °С) близнейтрального метасоматизма (рН = 5.0-8.5), происходящего при высокой активности Mg, Са, Fe, малой активности щелочных металлов и различной роли лету­чих компонентов.

4.1.4. Распространенность и рудоносностъ метасоматитов

Скарны широко распространены в земной коре и формирова­лись от архея до кайнозоя. Мощные тела магнезиальных скарнов описаны, например, в Забайкалье (Слюдянка), на Кольском полу­острове, в Афганистане.

Классическими примерами развития известковых скарнов, свя­ занных со становлением гранитоидов, являются горы Магнитная и Высокая (Южный Урал), районы Дагестана (Азербайджан) и Тыр- ныауза (Северный Кавказ).

Скарновые зоны, возникшие на контактах со щелочными сие­нитами, сиенитами, граносиенитами, монцонитами, известны на Урале и Кузнецком Алатау, редкие скарновые залежи в связи с трап­пами изучены в Восточной Сибири (Норильское месторождение).

Магнезиальные и известковые скарны служат благоприятной средой для рудоотложения. В них сосредоточена значительная до­ля мировых запасов Fe, W, флогопита, вермикулита, лазурита. К скарнам приурочены месторождения Си, Со, Аи, U, В и других по­лезных ископаемых. Рудная минерализация носит как сопряжен­ный, так и наложенный характер. С магнезиальными скарнами со­пряжены магнетитовые руды (месторождения Кольского

692

4. Метасоматиы, равновесные с нейтральными

растворами

полуострова и Горной Шории), а также скопления людвигита, фло­гопита, лазурита. Крупные магнетитовые месторождения залегают в известковых скарнах (г. Магнитная на Урале). Месторождения других металлов обычно наложены на скарны и связаны с воздей­ствием более низкотемпературных гидротермальных растворов.

В ряде случаев повышенное содержание того или иного метал­ла отмечается в продуктах всех стадий гидротермального процесса. Например, поданным С.М.Александрова [1990], на боро-оловян-ных месторождениях в магнезиальных скарнах магматической ста­дии развит оловосодержащий магнетит, в гумитизированных и фло-гопитизированных разностях этих скарнов — станнобораты, в апомагнезиальных известковых скарнах — пайгеит и норден-шильдит CaSnB₂O₆, в грейзенизированных скарнах — касситерит с флюоборитом MnBO₃(F,OH)₃, а в продуктах низкотемпературно­го метасоматизма — вторичные магнезиальные бораты, станнаты магния и тонкодисперсный касситерит.