Глава 7. Пегматитовые месторождения

Пегматиты и связанные с ними месторождения относятся к продуктам поздних стадий раскристаллизации силикатных рас­плавов, насыщенных флюидными компонентами. Для них харак­терны: крупнокристаллическое строение; либо гнездовое, либо полосчатое обособление мономинеральных блоков; присутствие скоплений совершенных по форме и крупных по размерам кри­сталлов многих породообразующих, а также редких и акцессор­ных минералов.

ТИПЫ ПЕГМАТИТОВ

Выделяют две группы пегматитов — магматогенные и мета- морфогенные. Магматогенные пегматиты представляют собой позднемагматические образования, имеющие состав тождествен­ный родоначальной интрузии. Наибольшей пегматитоносностыо обладают интрузии с повышенной кислотностью или щелочно­стью, полной дифференциацией и многофазностью внедрения.

Рис. 18. Строение Ковдорского щелочного массива по материалам В.И.Терновского (1977), Е.М.Эппггейна и Н.А.Данильченко (1988) с дополнениями О Б.Дудкина и Ю.М.Кирнарского (1994).

1 — малиньиты, нефелиновые сиениты, 2 — карбонатиты, 3 — фосфориты,

4. — поля развития мелко- и среднезернистых флогопит-диопсид-оливиновых пород

5. — крупно- и гигантозернистые флогопит-диопсид-оливиновые породы, 6 — поля развития амфибол-монтичеллит-мелилитовых, существенно мелилитовых и монтичеллитовых, гранат-амфибол-монтичеллитовых пород, 7 — слюдиты (глиммериты), 8 — турьяиты, 9 — ийолиты грубо- и мелкозернистые с подчиненном субфадией мельтейгитов, 10 — пироксениты и нефелиновые пироксениты, и различной степени биотитизированные, 11 — опивиниты, 12 — фениты, 13 — гнейсы и гранито-гнейсы архея, 14 — границы пород массива (а) и границы ореола фенитизации (б)

Среди них установлено пять минералого-геохимических типщ гранитныи, гибридныи, десилицированныи, щелочной и ультра основной

1. Гранитные пегматиты связаны с интрузиями грани тоидов и сложены, главным образом, ортоклазом, микроклином кварцем, альбитом, олигоклазом и биотитом В качестве допол нительных присутствуют мусковит, турмалин, гранаты, топа! берилл, лепидолит, сподумен, флюорит, апатит, минералы ред ких и радиоактивных элементов и редких земель Эти пегматиты разделяют на две группы 1) простые недифференцированные пегматиты, сложенные почти исключительно микроклином и кварцем, 2) сложные дифференцированные разности

В сложных пегматитах выделяют следующие зоны и участки аномальных минеральных скоплении (рис 19) 1) внешняя тон козернистая мусковит-кварц-полевошпатовая оторочка мощно стью в несколько сантиметров, 2) кварц-полевошпатовая масса I письменной и гранитнои структурой, 3) блоки крупнокристалли ческого микроклина, 4) кварцевое ядро, 5) на границе ядра и микроклиновых блоков развиваются неправильные скопления кварца, альбита, сподумен, минералов марганца и редких метал лов Чем совершеннее степень дифференциации, тем образуете большее число зон, возрастает количество скоплений с рудными элементами, укрупняются минералы, расширяется их число, со кращаются размеры зоны гранитнои и письменной структуры около пегматитовых тел образуются ореолы метасоматоза по вое станию до 50 м и по мощности до 10 м В них две зоны — внут ренняя, представленная окварцеванием и микроклинизациеи по род, и внешняя, характеризующаяся новообразованиями хлори та, амфибола и цеолитов В геохимических ореолах фиксируются аномальные концентрации бария, рубидия, лития и бериллия

2. Гибридные пегматиты образуются при ассимиляции гранитнои магмой различных пород В случае, если были захва чены глинистые сланцы или вулканиты основного состава, воз никают пегматиты с андалузитом, кианитом, силлиманитом При переработке карбонатных пород отмечается увеличение содержа ния роговой обманки, пироксенов, титанита, скаполита и других обогащенных кальцием, магнием и железом минералов

3. Десилицированные пегматиты формируются при воздействии гранитного расплава на ультраосновные и карбонат ные породы В результате образуются плагиоклазиты (от альби титов до анортозитов) При пересыщении расплава глиноземом возникают корундовые плагиоклазиты

4. Щелочные пегматиты встречаются в щелочных маг матических комплексах Для них характерны микроклин, орток лаз, нефелин, арфведсонит, содалит, эгирин, натролит В качест

Рис 19 Сечение метасоматически замещенного пегматита (по Н Солодову) 1 — наносы, зоны 2 — блокового кварца 3 крупноблокового микроклина II, 4 — мелкопластинчатого альбута, 5 — кварц сподуменовая 6 — клевеландиг сподуменовая (по внешней периферии этой зоны располагается маломощная зона сахаровидного альбита, не показанная на чертеже из-за его мелкомасштабное™), 7 — кварц-мусковитовых гнезд, 8 — крупноблокового микроклина I, 9 — гнезд мелкозернистого альбита, 10 — графическая кварц микроклиновая (местами сильно альбитизирована), 11 — вмещающие породы ве примесей отмечаются апатит, анальцим, минералы циркония, тантала, ниобия и редких земель.

5. Пегматиты ультраосновных магм имеют состав бронзитит, анортит-битовнит, лабрадор-андсзин, оливин, амфи­бол, биотит. В небольших количествах отмечаются: апатит, гра­нат, сфен, циркон, титаномагнетит, сульфиды.

Магматогенные пегматиты представлены двумя группами образований — сингенетичной и эпигенстичной. Сингенетичные (шлировые, камерные) пегматиты располагаются всегда внутри интрузий и образовались одновременно с последними. Для них характерно отсутствие резких контактов и аплитовых оторочек, овальная форма и обилие миароловых пустот. Эпигенетические пегматиты сформировались после затвердевания внешнего кар­каса интрузий. Их тела размещаются как в материнской породе, так и за ее пределами, имеют жильные формы, резкие контакты, четкие аплитовые оторочки, контролируются тектоническими нарушениями.

Мстаморфогенные пегматиты формировались в регрессив­ные стадии высоких фаций регионального метаморфизма; не свя­заны с магматическими комплексами; развиваются в пределах гранитогнейсовых блоков древних кратонов и контролировались разрывными структурами зон протоактивизации. В их составе присутствуют типоморфные метаморфические минералы — дис- тсн, силлиманит, андалузит и др.

Пегматиты образовывались во все периоды геологической истории, начиная с архейской. Масштабы этого процесса возрас­тают по мере эволюции земной коры. Так, площадь пегматито­вых поясов составляла (тыс. км²) докембрийских — 98, палеозой­ских — 229 и мезозойских — 275. Однако рудная продуктивность их, наоборот, угасает в молодых образованиях. По данным Н.Со лодова распределение запасов бериллия в пегматитах по эпохам имеет следующий вид: докембрий — 75%, палеозой — 23% и ме­зозой — 2%.

По геологическим данным пегматиты формируются в широ­ком интервале глубин от 1,5 до 20 км, что соответствует величи­нам литостатического давления 120—800 МПа. Также необычай­но широк температурный диапазон — 800—50"С. Судить о темпе­ратурном режиме пегматитообразования позволяют следующие факты: ранняя кристаллизация расплава 1200—900"С, образова­ние гпанита без минерализаторов 1000—800"С, в их присутствии 730—640°С; возникновение гранитной эвтектики 700—650"С. кристаллизация биотита 760—435°С, мусковита 500—435°С, бе­рилла 500—400-С, кварца — 600—3()0"С, топаза - 510—300"С. мориона и аметиста — 300—130°С, халцедона — 90—55°С.

гьнезис 11ы мл i и к)в

Происхождение пегматитов относится к одной из наиболее дискуссионных проблем в рудной геологии. В ее обсуждении Принимали участие крупнейшие геологи нашего века. В настоя­щее время существует пять основных гипотез пегматитообразо- вания.

1. Магматогешю-гидротермальная гипотеза, разработанная А.Ферсманом, В.Никитиным и другими, считает пегматиты про­дуктом раскристаллизации остаточной магмы. Процесс протекал непрерывно в закрытой системе при неограниченной раствори­мости Н₂0 и разделялся на пять условных этапов: магматический (900—800°С), эпимагматический (800—700°С), пневматолитовый (700—400°С), гидротермальный (400—50°С) и гипергенный (50°С). Этапы в свою очередь расчленяются на 11 фаз и стадий. На ран­них этапах формировались плагиоклазы, средних — микроклин и заключительных — альбит. Недостатки гипотезы: недоучет огра­ниченной растворимости в расплаве воды; проблема пространст­ва (нужны большие открытые полости); не объяснена смена ка­лиевых полевых шпатов натриевыми за счет автометасоматоза.

2. Магматогенно-пневматолито-гидротермальная двухэтап- ная гипотеза американских геологов (Р.Джонс, Е.Камерон и др.). В ранний магматический этап система закрыта. В открытых по­лостях происходило их зональное заполнение пегматитами про­стого состава при условии выноса части элементов. Во второй пневматолито-гидротермальный этап система становилась от­крытой. Поступавшие из глубин растворы метасоматически пе­рерабатывали более ранние простые пегматиты и формировали сложные по составу тела. К недостаткам следует отнести незна­чительные по масштабам следы выноса и привноса вещества за пределы пегматитовых тел.

3. Метасоматическая двухэтапная гищтеза А.Заварицкого предполагает преобразование любой исходной породы, близкой по составу к граниту. В первый этап остаточные горячие газовод­ные растворы находились в химическом равновесии с вмещаю­щими породами и перекристаллизовывали их без изменения со­става. В закрытой системе возникали простые крупнокристалли­ческие пегматиты. Во второй этап уже в обстановке открытой системы происходило растворение простых пегматитов и заме­щение их новыми минеральными ассоциациями. Эта гипотеза не объясняет формирование пегматитов в негранитных породах и отсутствие соответствующих масштабам данных процессов гео­химических и метасоматических ореолов.

4. Ликвациопная гипотеза, развиваемая А.А.Маракушевым и Е.Н.Граменицким, касается генезиса только гранитных пегмати­тов. На примере шлировых пегматитов доказывается тесная гене- тичсская связь этих образовании с материнскими гранитоидами Она базируется на близости химизма биотитов (жслезистость, глиноземистость, фтористость и др.), а также преемственность режима кислорода и фтора при их формировании в гранитоидах и пегматитах. Особая роль отводится вязким высококонцентри­рованным средам, промежуточным между растворами и распла­вами, являющимися продуктами ликвации магмы.

Псгматитоносность массивов связывают с их расслоенно- стью. Шлировые пегматиты концентрируются в прикровельных частях массивов. Формы выделении: слои, лепешки, капли, кол­бы, гантели и др. Формировавшиеся пегматиты по сравнению с материнскими гранитами имеют более леикократовыи состав Они обеднены железом, магнием, марганцем и кальцием. Нор­мативный состав, кварц—полевой шпат Для разных массивов в гранитах и пегматитах соотношения кварца, альбита и ортоклаза неодинаковы, а для одного они выдержаны. Таким образом, пег матитообразование представляет собой самостоятельный петро- генетическии процесс, который заключается в отщеплении от остаточной магмы особого флюидного расплава по механизму жид­костной несмесимости и подготовке к расслоению гранитного плу­тона. Существует три главные ветви эволюции гранитнои магмы.

1. Магма расщепляется на два расплава с близкими количе­ствами в них алюмосиликатов. Расплав, обогащенный солями, приводит к образованию пегматитов. По мере понижения темпе­ратуры состав расплава становится все более водносолевым и из него кристаллизуются кварц и другие жильные минералы. Снача­ла флюидные фазы носят щелочной характер и происходит рас­творение кремнезема. Затем они становятся кислыми, способст­вующими появлению кварц-мусковитовых агрегатов. Из-за по­ниженной плотности остаточные расплавы занимают в интрузии верхнее положение. В силу ограниченной растворимости солевой составляющей происходит отщепление самостоятельной фазы флюидных расплавов, в которых концентрируются рудные ком­поненты.

2. Из магмы отделяется солевой расплав. Пегматиты в этом случае не возникают. Образуются известковые скарны.

3. Третья ветвь характеризуется непрерывным переходом от алюмосиликатных расплавов к гидротермальным растворам. Она реализуется в глубинных магматических комплексах на платфор­менных щитах в этапы тектономагматической активности Здесь возникает непрерывный ряд. 1) мигматиты, 2) гигантомигматиты (простые пегматиты), 3) кварц-полевошпатовые и кварцевые жилы.

5. Метаморфогениая гипотеза разработана В.Н.Мора- ховским. Она касается многочисленных пегматитовых провин­ций и полей, широко развитых в фундаментах древних платформ и для которых отсутствует пространственно-генетическая связь с интрузивными комплексами. Образование этих пегматитов тесно ассоциирует с возникновением и развитием очаговых структур и протекает на фоне падения температур и давлений в шесть ос­новных этапов. 1. В локальных участках растяжения возникают микротрещинные матричные деформации во всем объеме пород. Направление растяжения субширотное или вертикальное, обу­словленное действием ротационных сил Земли и денудационной разгрузкой. Такое поле напряжений способствует центростреми­тельному движению флюидов в очаговые структуры. В полостях трещин отрыва создается высокая степень разряжения. 2. Проте­кают интенсивные процессы автометасоматоза при участии ка­лиевых и натриевых щелочей (ранняя волна щелочности), выра­жающиеся в собирательной перекристаллизации и росте микро- клинов. 3. Формируются системы сколовых трещин поясного типа. В очаговую структуру поступают кислые флюиды (волна кислотности). Возникают стержневые сегрегации (ихтиоглипты) и крупноблоковые выделения кварца, отдельные кристаллы и гнезда шерла, берилла и апатита. Намечаются основные контуры минеральных зон. 4. Интенсивно развиваются возникшие систе­мы трещин поясного типа. Образуются крупнокристаллические слюды с поясными, реже конусными ориентировками. 5. Режим растяжения сменяется обстановкой сжатия. Протекают хрупкие и пластические деформации. Исчезновение сжимающих напря­жений стимулирует поступление флюидов и развитие серицита, альбита, кварца, хлорита, кальцита, пирита, магнетита, ортита. 6) В системах региональных тектонических нарушений, рассекаю­щих очаговые структуры, образуются дайки гранитов и кварце­вые жилы.

В рассмотренных гипотезах спорными положениями явля­ются представления о роли особого остаточного расплава, о мас­штабах метасоматоза, об источниках флюидов, о степени закры­тости системы, о растворимости воды и некоторые другие менее Важные утверждения. Не существует одной универсальной кон­цепции, объясняющей все разнообразие этих природных образо­ваний. В конкретных геологических ситуациях сохраняют акту­альность отдельные положения всех пяти гипотез.

ТИПЫ ПЕГМАТИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Образование полезных ископаемых, связанных с пегматита- Ми, зависит главным образом от двух факторов — степени диф­ференциации магматического вещества и масштабов метасома- тического преобразования ранних фаций пегматитов. С этих по­зиций В.И.Смирновым выделено три класса месторождений, простые, перекристаллизованные и метасоматически замещен­ные. Однако эта классификация не в полной мере удовлетворяет промышленно-генетическому принципу систематики минераль­ных объектов. Видимо, целесообразнее разделять месторождения пегматитов по ведущему типу полезного компонента. В связи с таким подходом предлагается выделить четыре класса месторож­дений: керамический, мусковитовый, редкометальный и цветных камней.

Керамические месторождения. К этому классу месторожде­ний относятся магматогенные и метаморфогенные простые и перекристаллизованные пегматиты, сложенные почти исключи­тельно калинатровыми полевыми шпатами и кварцем. Обладают письменной, гранитной и гигантозернистой структурой. Отно­шение кварца и полевых шпатов в промышленных сортах сырья составляет 1:3.

Мусковитовые месторождения встречаются в магматогенных и метаморфогенных (дистен-силлиманитовая фация) перекри­сталлизованных пегматитах. Промышленное значение имеют тела, в 1 м³ которых произведение средней площади мусковито- вых пластин на их массу будет больше 10—20 кг см². Запасы круп­ных месторождений достигают нескольких тысяч тонн. Наиболее значительные мусковитовые провинции располагаются в России (Карелия и Забайкалье), Индии и Бразилии.

Редкометаллъные месторождения ассоциируют с магматоген- ными и метаморфогенными метасоматически замещенными пег­матитами. В магматогенных разностях месторождения характе­ризуются большим разнообразием рудных элементов. Помимо наиболее важных в промышленном отношении тантала и нио­бия, из них добывают в небольших количествах олово, вольфрам, уран, торий, редкие земли. В метаморфогенных пегматитах, об­разовавшихся в условиях андалузит-силлиманитовой фации, час­то располагаются сложные тантал-ниобиевые и редкоземельные месторождения. Этот класс месторождений широко развит в фундаментах всех древних платформ и в фанерозойских складча­тых поясах, а также в областях тектономагматической активиза­ции (Бразилия, Австралия; Россия — Урал, Сибирь, Карелия и ДР-)-

Месторождения цветных камней связаны с магматогенным! метасоматически замещенными пегматитами. Особенно перепек тивны гранитные пегматиты. Им свойственны крупные до 200 V открытые полости с друзами кристаллического сырья. Из эти" меторождений добывают значительную часть горного хрусталя оптического флюорита, топазов, аквамаринов, гранатов, амети­стов и других драгоценных камней (Украина, Волынь; Бразилия, Южная Африка, Австралия и др.). Часто коренные месторожде­ния служат источником для образования крупных россыпей цвет­ных камней. Подобным способом возникли многие прибрежно- морские россыпи Индии, Мадагаскара и Австралии.