Файл: Киевленко, Е. Я. Геология и оценка месторождений исландского шпата.pdf

гейландит и тому подобные низкотемпературные образования уме­ ренных глубин. Интересно, что и в трапповой формации Сибирской платформы интенсивная цеолит-кальцитовая минерализация, как правило, наблюдается на определенном интервале стратиграфиче­ ского разреза, маркирующим былую обстановку «цеолитовой фа­ ции».

Вулканическая деятельность повышает местный геотермический градиент и сопровождается активной циркуляцией минерализован­ ных термальных вод, о происхождении которых высказывались раз­ личные мнения. Наиболее обоснованная точка зрения такова: ат­ мосферные воды в зоне просачивания на глубине до 2—3 км ши­ роко участвуют в формировании гидротерм, смешиваясь с юве­ нильными газами и их конденсатами. По данным Д. Уайта (White, 1957), ювенильная вода и другие компоненты магматического про­ исхождения составляют не более 5—10% гидротермальных раство­ ров, однако именно такие типичные эндогенные газы, как С 02, НС1, HF, H2S, обусловливают агрессивные свойства растворов и их способность к минералообразованию (Коржинский, 1962; Набоко, 1963; Котляр, 1968 и др.).

Вулканогенные кальцитоносные толщи горных пород минерали­ зованы неравномерно, главным образом вдоль трещиноватых зон, служивших путями движения гидротермальных растворов. В ре­ зультате изменения термодинамических условий происходила смена минеральных парагенезисов, состав которых во многом за­ висит от обмена компонентами между боковыми породами и раст­ вором. Для трапповой формации Сибирской платформы харак­ терны три главные стадии минералообразования: скарновая, карбонатная и цеолит-кальцитовая, отражающие эволюцию гидро­ термальных растворов. О химизме и некоторых других особенно­ стях гидротерм на этих стадиях можно судить по изменению боко­ вых пород, зная их первоначальный состав. Ценную дополнитель­ ную информацию дает химический состав жидких включений в минералах.

Главные стадии минералообразования на месторождениях ис­ ландского шпата соответствуют трем термодинамическим фациям:

1)высокотемпературной (субвулканической) зоне перегретых растворов, которые были обогащены эндогенными компонентами и: имели сложный состав;

2)зоне выкипания растворов вследствие снижения давления и температуры; по мнению Д. С. Коржинского (1962), выкипание перегретых растворов происходит не глубже 1 км; термальные воды Камчатки начинают выкипать на глубине 400—500 м;

3)низкотемпературной (приповерхностной) зоне циркуляции

охлажденных тепло- и холодноводных растворов; содержание ионов тяжелых металлов и углекислоты резко снижается.

Иногда на одном месторождении одновременно наблюдаются минеральные продукты разных стадий образования, что связано^ с новым подъемом геотермического градиента и периодическими

123-

флуктуациями давления и температуры при повторном раскрытии или образовании новых трещин.

По мнению автора, скарнирование производилось перегретыми гидротермальными растворами, первоначально имевшими серни- сто-хлоридно-углекислый состав. В катионной части растворов до­

ненты могли заимствоваться растворами из подстилающих карбо­ натных пород и эвапоритов. Вероятная температура процесса 300—400° С, что отчасти подтверждается началом растрескивания (декрепитации) гранатов при 360—380° С (Андрусенко, 1968).

В ходе скарнирования в основном происходила перегруппировка компонентов долеритов и туфов без существенного изменения их валового химического состава, за исключением привноса при карбонатизации некоторого количества кальция и углекислоты. Руд­ ный период ознаменовался образованием трещин и в связи с этим резким понижением давления. Растворы пересыщались железом и, становясь коллоидными, отлагали магнетит в виде гелей, при раскристаллизации которых возникали кокардовые, шестоватые и оолитовые рудные агрегаты. Поровые первоначально слабокислые растворы в передовой зоне метасоматоза приобретали нейтраль­ ную или даже слабощелочную реакцию, необходимую для образо­ вания хлорита.

Карбонатная стадия минерализации, вероятно, связана с выки­ панием перегретых растворов. Температура и давление системы в это время резко снижаются. Вместе с водяным паром удаляется много углекислоты, что нарушает карбонатное равновесие раство­ ров и при избытке иона кальция приводит к спонтанной кристал­ лизации кальцита. Растворы ощелачивались, концентрация тяже­ лых металлов и серы повышалась, и из них выделялись сульфиды (пирит, халькопирит и др.), а в окислительной обстановке также сульфаты стронция и бария (барит, целестинобарит). В связи с изначальной бедностью растворов анионом серы марганец вы­ падал в окисной (пиролюзит), а не в сульфидной форме. Темпера­ тура минералообразования на этой стадии, судя по температурам

300° С.

Метасоматическая карбонатизация приводит к глубокому хими­ ческому изменению состава горных пород, из которых выносятся практически все компоненты, кроме кальция и магния. В конце процесса мигрирующий коллоидальный кремнезем вызывал окремнение карбонатных пород и расходовался на образование немно­ гих богатых кальцием и натрием цеолитов (томсонит, натролит). Таким образом, растворы, сбросив большое количество кальция и бикарбоната, почти всю серу и тяжелые металлы, становились

124

существенно натриево-хлоридными, слабощелочными с подчинен­ ной концентрацией ионов кальция и бикарбоната.

Такие гомогенные жидкие растворы с температурой от 150— 200 до 100° С и ниже действовали в зоне цеолитизации и кальцитообразования. Здесь прежде всего развивался щелочной метасо­ матоз долеритов и базальтов, в последнем случае главным обра­ зом витрокластического материала шаровых лав. В условиях хо­ рошей подвижности щелочей, кальция, кремнезема и частично гли­ нозема происходили перестройка породообразующих силикатов и новообразование цеолитов и хлоритов.

Количественная сторона процесса цеолитизации была проил­ люстрирована на примере Джекиндинского кальцитоносного поля, где исходный габбро-долерит замещен анальцимизированным долеритом и пироксен-цеолитовой породой, содержащей эгирин-ав- гит, натролит, томсонит, десмин и другие натриево-кальциевые цеолиты (Киевленко, 1959). Расчеты показали, что из 1 м3 габбродолерита при его преобразовании в анальцимизированный долерит выносилось более чем по 100 кг кремнезема и окиси кальция, а также около 50 кг глинозема. В зоне формирования пироксенцеолитовой породы подвижность этих окислов, за исключением глинозема, заметно уменьшилась, так как они расходовались на образование натриево-кальциевых цеолитов. Отсюда следует важ­ ный вывод о том, что в ходе цеолитизации последовательно снижа­ лась концентрация натрия при постепенном повышении активности кальция, извлекаемого из боковых пород.

Взаимообмен натрия и кальция в системе раствор — боковая порода был подтвержден опытами по обработке долеритов чистой водой и солевыми растворами натрия и кальция в автоклавах — экстракторах, впервые проведенными по просьбе автора Н. И. Хитаровым (Хитаров и др., 1958) и повторенными Н. И. Андрусенко и А. А. Москалюк (1966). Установлено, что при давлениях от 5 до 90 атм и температурах 150—300°С с долеритами активно взаимо­ действует даже чистая вода, которая извлекает главным образом кремнезем и натрий. Подвижность кальция под действием чистой воды или раствора бикарбоната натрия невелика, но она резко возрастает в растворе хлористого натрия, и, наоборот, подвижность натрия значительно увеличивается при обработке долеритов ра­ створами хлористого кальция. Известно, что хлор-ион создает весьма благоприятную среду для миграции кальция и щелочей

(Хитаров, 1957).

Таким образом, первоначально существенно натриево-хлорид- ные гидротермы реагировали с боковыми породами, вызывая за­ мещение плагиоклазов анальцимом или натролитом и растворяя кальций и кремнезем. По мере насыщения растворов кальцием начинались кристаллизация натриево-кальциевых, а затем кальци­ евых цеолитов. Повышение активности кальция могло в свою оче­ редь приводить к вытеснению в раствор натрия, способствуя появ­ лению новой генерации анальцима.

125

В открытых трещинах в соответствии с этой схемой процесса происходила кристаллизация цеолитов с закономерно изменяю­ щимся содержанием кальция и натрия. Для цеолитов вообще очень характерна легкость обмена катионами с окружающими водными растворами, который осуществляется с сохранением общего заряда

нальность минерализации трещин обычно выражена значительно слабее, чем при процессах метасоматоза. Порядок выделения цео­ литов регулируется также активностью кремнезема. Так, в среде, недосыщенной кремнеземом, образуются натролит и томсонит (при повышенных температурах анальцим), а по мере роста содержания кремнезема в растворе начинается кристаллизация ломонтита, сколецита, шабазита, филлипсита, мезолита и гмелинита. Для среды, пересыщенной кремнеземом, характерны гейландит, десмин,

морденит (Coombs, 1959).

Другой распространенный метасоматический процесс образова­ ния хлоритов и гидрослюды за счет пироксена, оливина и основ­ ного вулканического стекла также сопровождается переводом в ра­ створ кальция и щелочей.

Избыточный кремнезем, освобождающийся в результате разло­ жения породообразующих силикатов, мигрирует в коллоидальной форме, образуя кварц-халцедоновые жилы и прожилки, а также корковидные агрегаты сферокристаллов кварца и кремнистые на­ теки по стенкам зияющих трещин и пустот.

Кристаллизация вслед за цеолитами исландского шпата свиде­ тельствует о смене щелочного режима углекислым процессом моффетного типа. Снижение pH растворов и увеличение парциального давления С 02 препятствуют росту цеолитов, которые при избытке в системе кремнезема становятся неустойчивыми и замещаются кварцем и глинистыми минералами. Богатую информацию о гео­ химических особенностях, а также о температурах и давлениях кальцитообразующей среды предоставляет изучение жидких вклю­ чений в исландском шпате (Скропышев, 1957; Киевленко, 1958; Андрусенко, Киевленко, 1966 и др.).

Жидкие включения возникают в результате консервации в ра­ стущем кристалле части маточного раствора и их химический состав позволяет судить о легко растворимой части гидротерм — среде переноса минерального вещества. По мере снижения темпе­ ратуры законсервированный раствор взаимодействует со стенками вакуоли и находится в состоянии подвижного равновесия с веще­ ством минерала-«хозяина». Раствор может стать пересыщенным, что влечет за собой выпадение твердых фаз.

Точными микро- и ультрамикрохимическими анализами индиви­ дуальных включений в исландском шпате установлен их сравни­ тельно простой состав (Хитаров и др., 1958; Маслова, 1965). Это в основном хлоридные натриево-кальциевые растворы, содержа­ щие иногда небольшое количество бикарбонат- и сульфат-ионов,

126

а также калий и магний. Интересно, что минерализованные воды такого типа широко распространены в подземной гидросфере. Ра­ створы имеют слабокислую реакцию (pH 5,0—5,5) и высокую кон­ центрацию от 49 до 449 г/л (в среднем 145 г/л), что позволяет отнести их к категории рассолов.

Различие в составе жидких включений в исландском шпате разных месторождений проявляется только в соотношении ионов кальция и натрия. На месторождениях, где исландский шпат кри­ сталлизовался почти одновременно с кальциево-натриевыми цео­ литами или с анальцимом, натрия в растворах больше или немного меньше, чем кальция (Са : Na от 0,25 до 2,6). Если же в парагене­ зисе мало цеолитов и анальцима, то это соотношение резко изме­ няется в пользу кальцита (Са : Na от 4,0—6,1 до 13,5).

Почти во всех исследованных жидких включениях наряду с вы­ соким содержанием кальция нет или очень мало бикарбонат-иона, хотя минералообразующие растворы в период кристаллизации ис­ ландского шпата должны были нести достаточное количество этого компонента. Это объясняется условиями неравновесной открытой системы, терявшей свободную углекислоту, и энергичным расходо­ ванием бикарбоната на образование твердой фазы, в результате чего растущим минералом консервировался отработанный раствор хлоридного состава. Хлоридно-бикарбонатный состав гидротерм зафиксирован в жидких включениях в минералах-спутниках исланд­ ского шпата — анальциме и апофиллите, образовавшихся в ту же стадию минерализации (Андрусенко, 1971). Таким образом, глав­ ными участниками процесса кальцитообразования являлись Са2+, Na+, С1-, НС03- и С 02.

Все включения в исландском шпате месторождений Сибирской платформы гомогенизируются в жидкую фазу при температурах, укладывающихся в интервал от 30 до 220° С (Андрусенко, Киевленко, 1966). Для месторождений в эффузивных траппах область наиболее достоверных температур, ограниченная пиками статисти­ ческих кривых, охватывает интервал от 40 до 180° С, а в интрузив­ ных траппах — от 90 до 140° С (рис. 28). Плотность кальцитообра­ зующих растворов соответственно высока: наполнение вакуолей жидкостью при обычных условиях колеблется от 80 до 99% (в среднем 95%).

Температуры гомогенизации включений значительно отлича­ ются друг от друга в разных зонах роста кристаллов. Отмечаются случаи, когда гомогенизация включений в поздних зонах происхо­ дит при более высокой температуре, чем в прежде образованных частях кристаллов. Это свидетельствует о периодических измене­ ниях режима кальцитообразования и флуктуациях плотности, дав­ ления и температуры маточного раствора.

Для вычисления истинной температуры кристаллизации глав­ ное значение имеет поправка к температуре гомогенизации на дав­ ление минералообразующей среды. Эта поправка при высокой плотности растворов, свойственной включениям в кальците, и

127