книги из ГПНТБ / Осипов М.А. Контракция гранитоидов и эндогенное минералообразование

них устремляются мобильные фазы с глубины по вертикальным провод­ никам. Если система проводников достаточно плотна, то процессу грейзенизации может подвергнуться вся масса пород гранитного купола. Такую картину можно наблюдать на некоторых гранитных куполах Восточного Забайкалья и в других местах.

Более поздние гидротермальные, например кварцевые жилы, часто замкнуты и уже не имеют таких путей сообщения с нижележащими ча­ стями гранитов. Их - ыполнение за счет 'проходящих' растворов объяс­ нить трудно. Выполнение таких замкнутых трещин удовлетворительно

ванная и приоткрытая локальная трещина, находящаяся в твердых, но еще горячих породах, так же как и полость внутри пегматита, уподоб­ ляется автоклаву. В период ее открывания, когда сказывается существующее в ней разрежение, обусловливающее приток растворов и относительно быстрое и неупорядоченное выпадение минерального вещества, вероятно образование сравнительно плотного минерального агрегата и отсутствие хорошо ограненных чистых индивидов. Последние образуются позже в более свободных условиях на стенках внутрижильных пустот за счет переотложения вещества окружающих пород.

При этом существенное значение имеет степень концентрированности растворов. Как известно, она может быть весьма велика. Так, Г.Г.Л ем - млейн (1950) показал, что в растворах газово-жидких включений в кварце гидротермальных жил содержание кремнекислоты может приближаться

к 25%. Как говорилось выше (ч. II , гл. 2 ,в ), Г.Г.Леммлейном, М .О .Клией и И.А.Островским (1962) было показано, что при образовании топа­ зов в пегматитах среда содержала более 50% SiC>2 и до 15% топаза.

Кроме того, в ней присутствовали другие компоненты. Как можно ви­ деть, концентрация растворов была значительной. Такие растворы могут приобретать коллоидное строение, что устанавливается находками метаколлоидных минеральных образований и подтверждается экспериментально (см. опыты А.И.Захарченко; ч. II, гл. 2 ,в ).

Надо сказать, что о возможности существования гидротермальных коллоидных растворов говорилось давно (Boydeff, 1925; Lindgren, 1937; Шадлун, 1942; Грушкин, Хельвас, 1951; Радкевич, 1952; Бетехтин, 19552І Чухров, 1955; Карякин, 1958 и д р .).

Наибольшее внимание этому вопросу уделили А.Г.Бетехтин (1955)

и Ф.В.Чухров (ІѲббЬ^Ими наиболее полно и убедительно показаны воз­ можности существования коллоидных мин.ералообразующих растворов и гелей в широком диапазоне температур и давлений в геологических процессах земной коры. Как указывает Ф.В.Чухров, высокие темпера­ туры постмагматических процессов не позволяют сохраняться реликтам коллоидного минералообразования (их можно видеть при сравнительно низкотемпературных процессах), тем не менее реальность коллоидных растворов вполне вероятна даже для высоких температур.

Выполнение рассматриваемых замкнутых прикупольных трещин в ин­ трузивах гранитоидов за счет переотложения вещества вмещающих по­ род подтверждается часто наблюдаемыми явлениями выщелачивания, увеличения пористости окружающих гранитов.

104

Глава восьмая

НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ПОВОДУ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ФОРМИРОВАНИЯ КУПОЛОВ ИНТРУЗИВОВ ГРАНИТОИДОВ, ОСТЫВАЮЩИХ В СПОКОЙНОЙ ТЕКТОНИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКЕ

Все изложенное выше показывает, что купола интрузивов, остываю­ щих в относительно спокойной тектонической обстановке, являются весьма благоприятными участками пля возникновения различных струк­ турных и вещественных новообразований. Причем этот процесс начи­ нается еще в магматическую стадию формирования плутонов и закан­ чивается с их окончательным остыванием, происходит он в целом пос­ ледовательно и преемственно. Длительность остывания магматических тел, постепенная смена жидкостного периода становления интрузивов периодом остывания в твердом состоянии определяет возникновение разных по способу формирования, форме, составу и другим свойствам новобразований. Этим же определяется принципиальная возможность их взаимопереходов. Наложение их друг на друга обусловливает срав­ нительно большую насыщенность гранитных куполов разновремеиными минерализациями. Ниже мы рассмотрим механизм возникновения ми­ неральных новобразований и в плоскости верхнего контакта таких куполов (ч . III , гл. 2); подобные участки интрузивов представляют значительный интерес с практической точки зрения, им справедливо уделяется большое внимание.

В литературе приводятся различные объяснения такой минерализа­ ции куполов. В абсолютно подавляющем большинстве случаев причину насыщения куполов минеральными новообразованиями видят в гравита­ ционном подъеме легкоплавких и летучих соединений во все периоды становления интрузивов. Нельзя "не согласиться, что такой механизм очень подкупает свой кажущейся простотой и реальностью. Однако при детальном подходе можно увидеть немало геологических особенностей, которые не могут быть объяснены таким способом. Привлечение ме­ ханизма гравитации затруднено и с точки зрения физики процесса. Именно с этими трудностями приходится сталкиваться при попытке объяснения генезиса камерных пегматитов.

Известны публикации, пропагандирующие точку зрения о том, что гравитационный подъем летучих обедняет нижние и внутренние части интрузивов, поэтому они кристаллизуются, затвердевают быстрей, чем верхние, куполовидные. Это утверждение выглядит необоснованным. Охлаждение при прочих равных условиях происходит быстрей в тех участках остывающего тела, где больше теплоотдача. Теплоотдача интрузивов больше в их краевых и особенно верхних частях, соприка­ сающихся с особенно холодными и влагонасыщенными породами (ч.П , гл. 2, в ). С этих позиций опережающее отвердевание внутренних час­ тей интрузивов невозможно.

105

Выше было показано, что механизм подъема каких-то выделявших­ ся фаз в условиях интрузивов гранитоидов малых глубин заметной ро­ ли не играет (ч.П , гл, 2 ,6 ) . В частности, против него свидетельству­ ет факт минерализации только локальных участков эндоконтакта интру­ зивов. Ведь если допустить свободный подъем каких-то фаз или сое­ динений в магме и породе, то подобную куполам картину минерализации мы должны были бы наблюдать в любой точке верхнего контакта лю­ бого плутона. Этого в действительности нет. Собственно магматичес­ кую кристаллизацию в куполах интрузивов гранитоидов завершают те­ ла пегматитов. Эти тела локальные, окруженные обычной породой, в

куполе они занимают разные гипсометрические уровни. Если бы гра­ витационный подъем летучих действительно имел место, и затвердева­ ние всей внутренней части купола происходило одновременно, то это привело бы к образованию однородной, но отличающейся от основного фона гранитоидов породы, а не в виде разобщенных да еще изотермич­ ных тел остаточного расплава.

Грейзенизация, которая иногда охватывает весь купол целиком, проис­ ходит обычно после магматического этапа формирования куполов. Она накладывается на уже сформированные пегматиты. Часто же она раз­ вивается лишь локально, например вдоль трещин (ч.П , гл. 7). Это так­ же не позволяет рассматривать ее как проявление свободного подъема летучих в интрузиве. Наконец, присутствие в купольных частях интру­ зивов пластообразных внедренных тел мелкозернистых гранитов, свои­ ми корнями уходящих во внутренние части материнских массивов (ч. II, гл. 4 ), однозначно и окончательно свидетельствует о том, что купол в целом отвердевал раньше внутренних частей интрузива. Жильные граниты часто пересекают ранее сформировавшиеся пегматиты, прикупольные грейзеновые залежи и гидротермальные жилы. Эти взаимо­ отношения известны во многих местах. Они описаны у нас и за рубе­

жом: Циновец (Циннвальд), Альтенберг в Рудных Горах (Крейтер, Крас­ ников, 1947); в Центральном Казахстане (Строганов, 1959; Щерба и др., 1964). Нами они наблюдались также в Центральном Казахстане и,

интрузивов иногда развивался раньше полной кристаллизации их внут­ ренних ядер.

Т аким образом, привлечение положения о наиболее ранней кристал­ лизации срединных частей интрузивов по сравнению с их краевыми час­ тями для объяснения происхождения минерализаций куполов гранитных плутонов принято быть не может. Некоторое отставание кристаллизации обособившегося пегматитового расплава имеет место, но только в срав­ нении с ближайшими окружающими такие обособления частями интрузи­ ва. Как было показано выше, отмечаемые структурные и минеральные новообразования куполов вполне удовлетворительно объясняются меха­ низмом термического сокращения интрузивов. Купола интрузивов, фор­ мирующихся в относительно спокойной обстановке, являются своеобраз­ ными структурами, огражденными от стороннего воздействия аркооб­ разными формами первичных кристаллических корок. Охлаждение и сок­ ращение объема внутренних частей куполов обеспечивает возникновение

в них режима пониженного давления. Этот режим, действующий в те­ чение значительного периода становления плутонов, является тем фак­ тором, который обеспечивает появление отмеченных структурных эле­ ментов внутри куполов, существование особой физико-химической обста­ новки. Пониженное давление внутри куполов позволяет отводить им роль своеобразного насоса, обусловливающего миграцию к ним подвиж­ ных фаз из внутренних частей интрузива. Режим спокойного остывания таких интрузивов обеспечивает субгоризонтальное и этажное располо­ жение структурных элементов и затухание их по направлению к центру плутонов. Это часто определяет и соответствующее этажное развитие минерализованных участков.

Приведенное рассуждение сделано в основном применительно к наи­ более распространенному типу интрузивов лейкократковых гранитов, содержащих камерные пегматиты. Но, естественно, нельзя исключать и некоторые отклонения свойств гранитных расплавов, в частности в сторону их меньшей вязкости. По нашим представлениям, это возмож­

но в магмах, существенно обогащенных, кроме воды, другими разжижа­ ющими летучими компонетами (например, фтором, литием). Видимо, такими интрузивами являются интенсивно айтометасоматически изме­ ненные (в основном грейзенизированные и альбитиэированнще) плутоны, сложенные породами, известными под названием "апогранитов"; Кроме интенсивных изменений по трещинам в постмагматическую стадию, эти породы часто несут заметные изменения и по всей массе, особенно в верхних, куполовидных частях интрузивов. Все это свидетельствует о повышенном содержании в них летучих. Возможно, в таких интрузи­ вах некоторое значение имеют процессы перемещения вещества внут­ ри магмы, которые, как было показано, в обычных гранитных распла­ вах чрезвычайно затруднены. Однако и в этих сравнительно редких случаях вязкость магмы хоть и меньше, но все-таки достаточно ве­ лика, а остывание и термическое сокращение объема интрузивов обя­ зательно и играет не меньшую роль, чем в обычных гранитоидах. К сожалению, данные по таким расплавам более ограниченны, к тому же в настоящей работе мы не ставили задачу объяснения случаев откло­ нения от "нормальных" условий. Например, в интрузивах, сложенных "апогранитами", сам процесс пегматитообразования несколько отлича­

ется от обычного: в пегматитах отмечается преобладание относительно поздних пневматолито-гидротермальных продуктов и интенсивные метасоматические изменения. Видимо,, поэтому некоторые исследователи такие образования к пегматитам не относят, хотя, по нашему мнению, отличия пегматитов - это лишь следствие аномального состава и, сле­ довательно, свойств исходной магмы. В таких интрузивах, естествен­ но, широко развиты пневматолито-гидротермальные образования вооб­ ще. Кроме изменений всей массы пород, в них обычны различные жи­ лы - кварц-полевошпатовые и кварцевые. Механизм формирования та­ ких интрузивов еще требует изучения.

Предлагаемый механизм, как представляется, объясняет еще одну давно установленную эмпирическую закономерность в распределении минеральных ■ новобразований в теле интрузива. Речь идет о так на­ зываемой мертвой линии В .Х . Эммонса (1937). Это условная линия,

107

Часть третья

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ УСАДКИ ИНТРУДИРОВАВШЕЙ МАГМЫ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ,

МАССОПЕРЕНОС И МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ ВБЛИЗИ ОСТЫВАЮЩИХ ИНТРУЗИВОВ

До сего времени речь шла о влиянии термической усадки интрузи­ вов на разного рода изменения внутри магматических тел. Ниже мы рассмотрим влияние термической усадки на дислокации, масообмен и процессы минералообразования вблизи остывающих интрузивов в ореоле их воздействия на вмещающие породы.

Уже давно акцентируется внимание на роль термической усадки ■ интрузивов в изменениях околоинтрузивного пространства, но до настоя­ щего времени нет подробного анализа этих явлений, особенно в отно­ шении их теоретического обоснования с позиций физики процессов. В дан­ ной работе этот пробел в известной мере восполняется. Основное вни­ мание здесь уделяется возникновению в околоинтрузивном пространстве своеобразной тектоники, обязанной своему происхождению термическо­ му сокращению объема плутонов и играющей, по нашим представлениям, немаловажную роль в последующих процессах эндогенного минералооб­ разования.

Наибольшее внимание уделено этой проблеме Г.Н.Щербой (1960), Т .М.Лаумулиным (1962), Ю.Б.Мариным (1967). Нами она также крат­ ко обсуждалась ранее (Осипов, 1973).

Как представляется, влияние термической усадки интрузивов на из­ менения в околоинтрузивном пространстве столь же велико, как и внут­ ри магматических тел. Например, с позиций термической усадки может быть объяснена локализация вблизи поверхности массивов гранитоидов дополнительных интрузивов, некоторых тел жильных гранитов, образо­ вание в области верхних контактов массивов залежей пегматитов. Но особенно важным представляется влияние термической усадки на раз­ мещение, локализацию рудных тел вблизи интрузивов, на миграцию и накопление рудного вещества в таких телах, на возникновение зо­ нальности н стадийности эндогенного околоинтрузивного минералооб­ разования.

На перечисленных моментах мы и остановимся.

109

Глава первая

ТЕК ТО Н И К А ВМ ЕЩ АЮ Щ ИХ ПОРОД, О БУСЛ ОВЛ ЕН Н АЯ ТЕРМ ИЧЕСКИМ СОКРАЩ ЕНИЕМ

ОБЪЕМ А И НТРУЗИВОВ

В перекрывающих интрузивы толщах пород часто устанавливаются элементы своеобразной тектоники в виде протяженных трещин или их линейных зон, полостей отслоения и т.д. Эти системы нарушений раз­ виты в основном над куполовидными массивами или их локальными выступами. По мере удаления от таких магматических тел в стороны проявления тектоники всегда закономерно исчезают. Это свидетельст­ вует о том, что указанные структурные новообразования связаны с нижерасположенными плутонами, с процессом их формирования. Общая ' конфигурация этих нарушений часто приближается к сводообразной. Обыч­

но фиксируемая амплитуда развития таких трещинных зон над интру­ зивами порядка 1-2 км.

Мощность отдельных систем трещин сравнительно невелика (до пер­ вых десятков метров). Они разделены относительно слабо нарушенны­ ми пачками пород, поэтому характер их залегания многоэтажный. Ус­ тановлено, что развитие их происходит постепенно - ближние к интру­ зиву возникают раньше, более удаленные позже.Таким образом, процесс их образования в целом центробежный. При этом происходит неодно­ кратное подновление, раскрытие ранее образовавшихся трещин, что поз­ воляет характеризовать процесс дробления пород цикличным.

Многие из указанных структур минерализованы или выполнены маг­ матическими инъекциями, поэтому легко фиксируются по этим ново­ образованиям. Это же определяет их практический интерес.

Поскольку системы трещин сводообразные, то при эрозионном срезе перекрывающих интрузивы пород наблюдаются концентрические, коль­ цевые структуры (Казахстан, Забайкалье и другие районы страны и ми­ ра). Они известны как в виде зон трещиноватости, так и в виде коль­ цеобразных даек и зон различной минерализации, в том числе рудной.

Эти особенности околоинтрузивной тектоники многократно описаны. Особенно большое внимание уделялось кольцевым дайкам. Механизм возникновения сводообразных (а в горизонтальном срезе кольцевых) разломов над магматическими телами, как известно, был математичес­ ки описан Е . Андерсоном (Anderson, 1936). Появление таких структур он объяснял потерей поддержки снизу и последующим оседанием перек- • рывающих толщ пород. Причиной потери поддержки он полагал умень­ шение давления в магматическом резервуаре, в том числе при его час­

По Е . Андерсону, коническими называются дайки, падающие к центру структуры (перевернутый конус); кольцевыми - дайки, имеющие паде­ ние в стороны от концентра (свод).

110

Фиг, 36. Оседание кристал­ лических сланцев (1)по коль­ цевым трещинам (2) вокруг купола рапакиви (3 )(У со в , 1940)

поэтому все построения Анаерсона относились лишь к периоду жидкост­ ного существования магмы.

Факты оседания надинтрузивных толщ рписаны и другими исследова­ телями, например М .А , Усовым (фиг. 36). В последнее время большое внимание вопросам формирования кольцевых структур уделяет Е .В .Свеш ­ никова (1973). Ею предложена классификация типов кольцевых структур. Намечены принципиальные схемы механизма их формирования. Отмечает­

Центральному Казахстану многочисленные примеры оседания надинтрузивных толщ, развитие сводообразных систем нарушений описаны в капитальных работах Г.Н . Щербы. Один из типичных примеров этажного развития сводообразных систем трещин и приуроченных к ним минера­ лизованных участков и рудных тел над куполовидным массивом гранитоидов в Центральном Казахстане изображен на фиг. 37. Автором так­ же проводилось изучение околоинтрузивной тектоники на ряде объектов Забайкалья, Калбы, Рудного Алтая, Центрального Казахстана.

□ < Z S a J 3 4

Фиг. 37. Сводообразное этажное расположение рудных тел над куполо­ образным интрузивом гранитов в Центральном Казахстане ( Щерба,

1960, упрошено)

1 - вмещающие вулканогенные породы; 2 - граниты; 3 - рудные тела; 4 - общий контур минерализации

111

этим работам при обсуждении процессов эндогенного минералообразования в надинтрузивных толшах. В данном разделе мы ограничимся по­ казом механизма возникновения околоинтрузивной тектоники - основы фона возникающих минеральных новобразований.

Очевидно, что' развитие отмеченных элементов тектоники только в связи с интрузивами заставляет искать причину их возникновения в ме­ ханизме формирования самих магматических тел. Детальный анализ возможных причин возникновения тектоники привел к выводу о том, что здесь, как и внутри интрузивов, исключительно важную роль иг­ рает термическое сокращение объема плутонов. Подобные предположе­ ния в краткой форме высказывались и раньше. Но подробных удовлет­ ворительных теоретических объяснений основных аспектов такой взаи­ мосвязи до сих пор приведено не было. Ниже делается попытка дать такое объяснение.

При остывании гипабиссальных интрузивов уменьшение их внешнего объема составляёт порядка 5-7% начального объема интрудировавшей магмы (ч. II, гл .. 1 ,6 ). Если даже взять минимальное из этих значе­ ний (5%), то и в этом случае такое уменьшение интрузива теоретичес­ ки должно обусловить появление вблизи него значительного свободного пространства. Так, для интрузива гранитов размерами 5* 5 *3 км объем такой условной пустоты составит 3,75 км^.

Реализация высвобождающегося объема может осуществляться в разных участках контактов магматических тел. Это зависит от многих причин, например от размеров и формы интрузивов, рельефа их поверх­ ности, механических свойств расплава и породы и др. Однако общую тенденцию в соотношении высвобождающегося объема в области верх­ него, боковых или нижнего контактов можно представить.

Протяженные горизонтальные размеры интрузивов, казалось бы, должны определять наиболее значительное их сокращение именно в этом направлении. Однако вследствие гравитационного оседания рас­ плава реализация возникающей пустоты в докристаллический период бу­ дет охотнее происходить в области верхнего контакта интрузива. Сог­ ласно сделанным расчетам (ч. II, гл. 1 ,а ), уменьшение объема таких магм в докристаллический период наиболее значительно. Соответствен­ но этому будет определяться и величина освобождающегося объема в верхней части интрузива. После затвердевания уменьшение горизон­ тальных размеров интрузива будет затрудняться прочным сцеплением его нижней поверхности с подстилающими породами. Сокращение же уплощенных магматических тел по вертикали даже в этом периоде та­ ких затруднений не встречает. Таким образом, реализация высвобож­ дающегося объема при термическом сокращении уплощенных интрузи­ вов (наиболее обычная форма) будет происходить в основном в области их верхних контактов. Следовательно, те 3,75 км , которые реали­ зуются как уменьшение внешнего объема какого-то интрузива, в пре­ деле должны образовать условную полость с горизонтальными разме­ рами 5000x5000 м и высотой 150 м, расположенную в плоскости его верхнего контакта.

Реальность высчитанных размеров условной пустоты над оседающей поверхностью интрузива подтверждается геологическими наблюдениями.

112

Фиг. 38. Схема развития трешин при оседании ( обру­ шении) пород над выработ­ кой большого пролета в го­ ризонтально слоистых тол­ щах

Eg, В2' - параболические своды естественного обру­ шения ( равновесия) пород: а - силы сжатия вдоль сво­ дов равновесия; б - силы давления вышележащих по­ род, в - силы тяжести в пределах свода обрушения

Так, произведенный Г. Н. Щербой (1960) подсчет амплитуды осе­ дания поверхности интрузива гранитов (мощностью также 3 км) по сум­ ме мощностей сводообразных, пологих рудных прожилков, залегающих

ющие интрузив породы могли сохранять свое залегание неизмененным, то в результате в области верхних контактов интрузивов и возникали бы протяженные в горизонтальном направлении полости. Однако такое сос­ тояние в реальных условиях невозможно.

а) Сведения из теории и практики оседания пород над горными вы­ работками и другими пустотами в недрах земли. Если горизонтальные размеры пустоты превышают некоторую критическую величину (третий пре­ дельный пролет), то, согласно законам горной механики, перекрывающие породы в подвешенном состоянии находиться не могут. Они испытывают

•сдвижение, оседают в. соответствии с величиной горного давления, ре­ жимом образования пустоты и механическими свойствами пород. При этом на сравнительно небольших глубинах, где еще не сильно сказы­ вается пластическое течение пород, оседание должно происходить с образованием свода (так называемого свода ествественного равновесия, обрушения). Глубина абсолютного преобладания хрупких и упругих де­ формаций большинства пород порядка нескольких километров (Adams,

1912; Bridgman, 1918; Robertson, 1955 и др .). Это, в частности, подтвер­

ждается наличием на глубине до нескольких километров открытых пор, в том числе полостей пегматитов в изверженных породах, различных трещин, которые в случае наличия пластических деформаций должны были закрыться.

Теория образования сводов ествественного равновесия для слоиотых и не вполне монолитных пород разработана М JA . Протодьяконовым (1933), В .Д . Слесаревым ( 1948j) и др. Обрушение таких пород может происходить даже при сравнительно небольших безопорных пролетах, например, сопоставимых с шириной обычных штреков, квершлагов и т.д. Кривая свода в идеале отвечает параболе (АБВ на фиг. 38). Вдоль

113

874 8