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

инъекции будут также образовывать субгоризонтальные пласто- и гри­ бообразные тела, локализующиеся в непосредственной близости от ма­ теринского интрузива. Наиболее крупные из таких тел В .С . КоптевымДворниковым названы дополнительными интрузивами.

С изложенных позиций становится понятным и относительно мелко­ зернистое строение таких малых тел, и их повышенная пористость. При относительно быстром внедрении в участок пониженного давления рас­ плав испытывает расширение. В этом случае возможно кратковременное охлаждение всей массы внедрившейся жидкости типа адиабатического. Поэтому, не взирая на то, что инъекция происходит в горячую среду, и образование зоны закалки невозможно, расплав все же кристаллизу­ ется в сравнительно мелкозернистую породу. Одновременно кристалли­ зация и расширение приводят к скачкообразному выделению газов в том числе типа ретроградного вскипания (ч. I, к; ч II, гл. 2, в ), что обеспечивает развитие повышенной пористости пород. Такие текстуры создают видимость обогащения этих инъекций летучими компонентами

по сравнению с породами материнского массива. Как следует из данных табл, 2 и 3, это впечатление кажущееся. Как показали А .Н . Лукашев, А .В . Громов, О .Е . Чижик (1972), включения в минералах мелкозернистых жильных гранитов имеют в основном газовыйсостав, в то время как

в крупнозернистых гранитах массива - газово-жидкий. Это свидетельст­ вует о более низких давлениях при формировании жильных тел, чем в период внедрения массива.

Иногда высказывается суждение, что рассматриваемые инъекции гра­ нитного расплава являются дифференциатами материнских массивов. С

Т а б л и ц а 2

Среднее содержание ( в %) окислов и элементов в гранитах разных фаз массивов акчатауского комплекса Центрального Казахстана (Акчатау, Восточный Коунрад, Коктенколь, Куу, Шалтае)

По данным С .Н . Митрофанской (1970)

83

Т а б л и ц а З

Содержание летучих компонентов в крупнозернистых гранитах и жильных пластообразных телах мелкозернистых гранитов массива

точки зрения механизма возникновения этих инъекций они не являются дифференциатами, а представляют собой тот же исходный расплав, но внедрившийся в специфических условиях.

В случае возникновения котлообразных и радиально-ветвящихся тел жильных гранитов (фиг. 24,в) очевидно растяжение во все стороны, как при формировании пегматитов. Процесс и завершился бы образованием тела пегматитов, если бы не возникла трещина-проводник, связавшая локальный участок разрежения (усадочную раковину) с нижерасположенным исходным расплавом материнского массива. Такой вывод подтвер­ ждается частым наличием у многих пегматитов "хвостов" мелкозернис­ тых гранитов. О них мы будем говорить далее (ч. I I , гл. 5).

Процессы образования камерных пегматитов и тел жильных инъекций

Из сходства мехнизмов образования камерных пегматитов и описан­ ных жильных тел вытекает важный вывод о том, что наличие таких пластообразных тел мелкозернистых гранитов, свидетельствующих о спо­ койном режиме формирования материнского массива, можно рассматри­ вать как поисковый признак на камерные пегматиты. Закономерную сов­ мещенность камерных пегматитов и пластообразных тел жильных грани­ тов можно видеть на многих массивах гранитов Центрального Казахстана.

Описанные жильные граниты являются поисковым признаком и для другого также важного в промышленном отношении типа гранитных пег­ матитов.

84

Глава пятая.

ФОРМ ИРОВАНИЕ ПЕГМ АТИТОВ,

СВ Я З А Н Н Ы Х С Ж И ЛЬН Ы М И ГРАНИТАМ И

Поскольку процесс термического сокращения объема обязателен для любых порций расплава, в том числе и для описанных жильных инъек­ ций, а состав их аналогичен составу материнских массивов ( ч, II, гл. 4 ), то и они при остывании должны уменьшить свой объем на высчитанную величину (ч. II, гл. І,а).

Реализация уменьшения объема будет несколько отличаться от ана­ логичного процесса в материнских интрузивах. Последние внедряются в холодную среду, а жильные тела - в нагретые породы массива. Если не считать кратковременного скачкообразного снижения температуры при внедрении такой инъекции в зону пониженного давления, то тепло­ отдача тела будет медленной, критерий К будет мал. С этих позиций

вероятен объемный характер остывания жильных тел. Однако и в таких условиях возможно формирование концентрированных усадочных раковин. Это обусловливается тем, что роль жесткой, фиксированной корки в данном случае будут играть окружающие, вернее вышележащие мате­ ринские породы. Это соответствует образованию усадочной раковины под твердой крышкой (см. фиг. 1 ,е ).

В этом случае усадочная раковина должна образовываться в самой верхней части расплава, непосредственно под "крышкой". Причем объем­ ный характер остывания расплава исключает повторное образование та­ кой раковины ниже первой, т .е . эта раковина в данном участке разре­ за жильного тела будет одна. Ниже нее породы могут иметь относитель­ но мелкие миаролы, поры.

Если приведенные доводы верны, то наряду с повышенной пористостью всей массы пород жильных гранитов в их верхних частях должны об­ разовываться и сравнительно крупные концентрированные усадочные ра­ ковины - пегматиты. Как показывают наблюдения, указанное обстоя­ тельство с исключительной четкостью подтверждается на многочислен­ ных телах рассматриваемых жильных инъекций (фиг. 24, а, 26, а - г ; 27,а-в). Пегматиты занимают самые верхние части тела, располагаясь на контакте с перекрывающими материнскими породами. Только в срав­ нительно редких случаях и обычно в более или менеё крупных телах жильных гранитов возникает этажность в расположении пегматитов. Правда, нижние "этажи" выражены значительно хуже верхнего пегма­ титового обособления и несут черты образования уже в затвердевшей породе, выполняют типичные трещины, имеют вид кварц-полевошпатовых

жил. Такие взаимоотношения дают материал о последовательности фазо- и минералообраэования в процессе затвердевания магматического рас­ плава. Так, на фиг. 26, г , представляющей зарисовку такого типичного случая, верхняя часть куполовидного выступа малого тела мелкозернис­ тых гранитов занята пегматитом, ниже него располагается кварц-поле- вошпатовая жила, еще ниже - трещина, несущая бедное существенно кварцевое выполнение. Обе трещины утыкаются во вмещающие граниты,

85

типично камерным, другие, верхним контактом которых была оболочка сосуда,-описываемым пегматитам на контакте виутриинтрузивных тел жильных гранитов. Характер и состав их минерального выполнения оди­ наков.

Как показывают наблюдения, и что соответствует теоретической схе­ ме, пегматиты могут образовываться в каждом вертикальном выступе, апофизе тел мелкозернистых гранитов. Поэтому с одним и тем же срав­ нительно протяженным жильным телом может ассоциировать много обособлений пегматитов. Но реализация освобождающегося объема лишь в локальных участках жильных тел (выпуклости верхнего контакта) спо­ собствует тому, что пегматиты, связанные с этими телами, часто срав­ нительно крупные, поэтому такие пегматиты представляют иногда больший промышленный интерес, чем камерные. Мы попытались подсчи­ тать примерное отношение суммарного объема пустот пегматитов к объему отдельных тел жильных гранитов. Судя по наблюдениям над десятками вер­ тикальных и других срезов таких тел, объем пустот пегматитов и миарол составляет примерно несколько процентов объема соответствующего жильного тела гранитов. Это находится в близком соответствии с вероят­ ной величиной термической усадки гранитного расплава (ч. II , гл. 1,а).

Таким образом, в интрузивах гранитоидов, остывающих в спокойной тектонической обстановке, образуется еще один тип гранитных пегма­ титов, связанных пространствен но и генетически с описанными жильны­ ми инъекциями гранитов, происходящими из внутренних частей материнс­ кого массива. Следовательно, рассматриваемые жильные граниты явля­

88

Глава шестая

ТЕП Л ОМ ЕХАН И ЧЕСК О Е ВЗАИМ ОДЕЙ СТВИЕ И НТРУЗИВОВ

СКСЕНОЛИТАМ И И ВМЕЩ АЮ Щ ИМИ ПОРОДАМИ.

ОБРАЗОВАН И Е ПЕГМ АТИТОВ

И Д Р У Г И Х М И Н ЕРАЛ И ЗАЦ И Й ОКОЛО КСЕНОЛИТОВ. О БРАЗОВАН И Е Н ЕК О ТО РЫ Х М И Н ЕРАЛ И ЗАЦ И Й ВБЛ И ЗИ НЕРОВНОСТЕЙ КРОВЛИ ИНТРУЗИВОВ

Если при остывании магматические расплавы и возникающие из них породы уменьшают свой объем, то очевидно и обратное - нагре­ ваемые породы будут увеличиваться в обеме. Так, если в магму по­ падает кусок вмещающих пород, имеющий температуру меньшую, чем у магмы, он нагревается и соответственно расширяется. Представля­ ется, что в определенных условиях эти противоположные изменения объемов (ксенолитов и окружающего расплава) могут вызывать за­ метные изменения в строении и вещественном составе пород вблизи и внутри ксенолитов.

Известно, что вблизи ксенолитов силикатных пород, в интрузивах обычно широко развиты минеральные новообразования в виде полевых шпатов, слюд, роговой обманки, апатита и т .д ., а вблизи карбонатныхминералы скарнов. Возникновение этих минералов обычно связывают с химическими реакциями, происходящими вследствие неравновесности составов ксенолитов и вмещающих изверженных пород. И это, конеч­

но, справедливо. Однако наряду с подобной минерализацией вокруг ксе­ нолитов очень часто можно видеть изменения, которые не могут быть объяснены только химическими реакциями. Это — местами расплыв­ чатые, а местами четкие явно секущие шлиры и дайки мелкозернис­ тых гранитов, аплитов, пегматитов и т .п ., развивающиеся и выклини­ вающиеся в непосредственной близости от ксенолитов.

Наличие этих даек и шлиров свидетельствует о том, что сравни­ тельно небольшая зона вмещающего ксенолит расплава подвергалась, грубо говоря, растрескиванию с образованием свободного пространст­ ва в то время, когда в ближайшем окружении еще существовал жидкий расплав, способный перемещаться и заполнять возникающие трещины.

Возникновение шлиров и даек, а также самих вмещающих их тре­ щин и некоторые другие околоксенолитные изменения можно объяснить механическим взаимодействием нагревающегося и расширяющегося ксе­ нолита и охлаждающегося и сокращающегося в объеме расплава вбли­ зи него.

Ввиду сравнительно небольших размеров ксенолитов и того обстоя­ тельства, что они окружены расплавом со всех сторон, их разогрева­ ние происходит сравнительно быстро. Максимальные температуры на­ грева близки к температурам кристаллизации вмещающих расплавов (Казанли, 1952; Годлевский и др ., 1962; Ревердатто, 1962. В этих пуб- ' ликациях см . также ссылки на расчетные данные иностранных авторов). Разогреваясь, ксенолиты отбирают тепло от прилегающего к ним рас­

89

плава} они играют роль внутренних холодильников, способствующих ускорению кристаллизации. На этом явлении основано регулированію скорости остывания, твердения частей отливок в промышленности, что достигается введением в расплав твердых холодных частиц. Так как гипабиссальные магмы теплом перегрева не обладают (ч. I, е, и ), то вокруг ксенолитов могут возникать кристаллические или почти крис­ таллические корки, в то время как вблизи этих систем еще будет су­ ществовать менее дисперсный расплав. В процессе образования такой корки расплав вначале приобретает свойства неньютоновской жидкости. Как отмечалось, такая среда способна при соответствующих механичес­ ких воздействиях реагировать разрывами сплошности (ч. 1, л ). Если судить по опытам над водными суспензиями глин, реологические свой­ ства которых сопоставимы со свойствами магматических расплавов в гипабиссальных условиях, то разрывы в последних должны возникать даже при весьма малых скоростях воздействия, порядка нескольких микрон в секунду (Колташев, 1849). Быстрый разогрев ксенолитов и соответствующее термическое расширение их позволяют предполагать, что скорость механического взаимодействия ксенолита с окружающим расплавом может быть достаточной для появления разрывов в струк­ турированной среде, поэтому вокруг ксенолитов вероятны микрораз­ рывы сплошности некоторой локальной зоны окружающей магму даже до ее полного затвердевания.

Но реально существовать в таких условиях ни одна из образующих трещин не сможет. Возникающие избытки пространства обусловят по­ явление определенного разрежения в таких участках. А это приведет к компенсации разрежения за счет перемещения подвижных фаз. В пер­ вую очередь это может быть исходный расплав материнского интру­ зива, окружающий ксенолит и образовавшуюся вокруг него кристалли­ ческую корку. Проникновение расплава в околоксенолитные трещины и обусловит появление вблизи него дайкообразных тел мелкозернистых аплитовидных гранитов.

В некоторый момент термомеханического взаимодействия ксеноли­ та и окружающей его дисперсной магмы преимуществом перемещения станет обладать межзерновый остаточный расплав. Последний должен обусловить появление вблизи ксенолитов пегматитов. Пегматиты мо­ гут образовывать самостоятельные тела, а также вследствие продол­ жающегося расширения одних и тех же зон или трещин, ранее выпол­ ненных гранитным расплавом, возникать на продолжении даек аплито— идных гранитов или вдоль них в зависимости от расположения новых трещин. В более поздние периоды описываемого взаимодействия к фор­

термальные растворы. Образующиеся в этот период минералы должны быть более богатыми летучими компонентами (вероятны слюды, апа­ тит и т .п .). Как известно, подобные явления обычно и наблюдаются вблизи ксенолитов.

Растворы и содержащиеся в них компоненты будут заимствоваться как из вмещающих интрузивных пород, так и из самого ксенолита. С этих позиций мы вправе ожидать, что состав пегматитов и других позд-

90

Фиг. 28. Пегматиты и трещиноватость гранитов вблизи ксенолитов гли­ нистых сланцев в массиве Акжайляу, Западный Тарбагатай

1 - почвенно-растительный слой; 2 - ксенолиты сланцев; 3 - гра­ ниты; 4 - пегматиты; 5 - трсшииы, образовавшиеся в результате вза­ имодействия ксенолитов и вмещающих гранитов; 6 - трещины пластовой отдельности гранитов

них новообразований около ксенолитов будет в общем отличаться от состава пегматитов иного генезиса, развитых в том ;ке массиве, на­ пример камерных или связанных с жильными породами. Это обстоя­ тельство отмечается в природе как вполне закономерное. Например,в массиве Акжайляу в Западном Тарбагатае пегматиты, развитые вблизи многочисленных ксенолитов глинистых сланцев и др. (фиг. 28), замет­ но обогащены слюдами, эпидотом, хлоритом, турмалином, окислами же­ леза, некоторыми сульфидами и др. В пегматитах того же массива, расположенных поблизости, но не связанных с ксенолитами, эта мине­ ралы не характерны. Обе группы пегматитов явно отличаются и по внешнему виду. Первые имеют белую или зеленовато-белую окраску, вторые желтовато-розовые.

Вблизи ксенолитов описанным способом образуются довольно круп­ ные промышленные тела пегматитов. В классификации А .И . Гинзбурга (1952) они выделены в особую группу. По А .Е . Ферсману (1940), они могут быть отнесены к пегматитам 'линии скрещения".

Можно приблизительно, представить объемы возникающих околоксенолитных трещин. Положим, что в интрузив гранитной магмы на глу­ бине 3 км от поверхности земли попал ксенолит песчаника, аналогич­ ный граниту минерального состава. Ксенолит в виде куба со стороной 30U м. Начальная температура вмещающих пород на глубине 3 км, сог­

магмы (ч. I, е).

91

Линейное расширение ксенолита вдоль любого направления при на­ греве будет равно сумме удлинений слагающих ксенолит минералов. Так как состав минералов ксенолита такой же, какой принят для гра­

расчет был сделан путем суммирования линейного расширения мине­ ралов ксенолита того же состава в интервале температур 100-600 . Удлинение стороны ксенолита длиной 300 м составило 193 см.

дем также исходить из тех же данных (о фазовом и минеральном сос­

ема. Уменьшение объема гранитов в период охлаждения после затвер­

92

Фиг. 29. Схема расположения трещин контракции вблизи ксенолита в интрузиве

1 - интрузив; 2 - ксенолит; 3 - трещины

Фиг. 30. Трещинные жилоподобные пегматиты вблизи верхней части ксе­

происходить в основном в начальный период их взаимодействия, т.е. при охлаждении еще жидкого (дисперсного) расплава и в процессе его кристаллизации. После выравнивания температур магмы и ксенолита (видимо, это будет иметь место в посткристаллизационный период) вследствие'идентичности составов интрузива и ксенолита термические изменения их объемов будут однозначны и синхронны.

Если 1,91% изменения объема некоторого тела соответствует ли­ нейному изменению его в виде появления "трещин" общим зиянием -'S м, то соответственно объемные изменения того же тела на 6,472%

должны обусловить появление "трещин" зиянием 6,77 м ^ 7 м . Следо­ вательно, общий избыток пространства вдоль любого ребра принятого ксенолита в период до полного отвердевания расплава составит при­ мерно 2 + 7 м.

Таким образом, можно схематично представить, что по нормали к каждому из ребер (и граней) кубического ксенолита в стороны от не­ го образуются трещины (системы трещин) шириной вблизи ксенолита

твердевшей или почти затвердевшей магмы, то указанные трещины или ослабленные микроразрывами зоны также будут простираться лишь на незначительное расстояние от ксенолита, затухая в менее дисперсном, жидком расплаве. Поэтому все новообразования, связанные с этими трещинами, могут наблюдаться только в непосредственной близости от ксенолита (фиг. 28, 30).

93