Формирование зональности аргиллизированных пород

Зональность аргиллизированных пород содержит информацию об условиях их образования и привлекает внимание как возможный критерий рудоносности ореолов. Причины закономерной последовательности минеральных зон аргиллизированных пород объясняются по-разному. Общая теория метасоматической зональности, предоженная Д.С. Коржинским, показывает возможность одновременного возникновения зон при фильтрации раствора через неизмененные породы путем постепенного наращивания мощности метасоматической колонки. Применительно к аргиллизированным породам к подобным или близким представлениям пришли P.X. Сейлс и Ч. Мейер, Ф.Г. Бонорино, Ю.В. Казицын и ряд других исследователей (рис. 54).

По мнению Т.С. Лаврйнга, зональное строение ореолов аргиллизированных пород может быть объяснено воздействием на неизмененные породы одной порции растворов с меняющимся во времени составом или последовательным действием их в несколько фаз, периоды действия которых были разделены значительными интервалами времени, а ширина реакционного ореола каждой более поздней фазы уменьшалась. Представления о таком способе формирования зональности можно встретить в работах П.Ф. Керра, Н. Петерсона и др. Г. Шварца, Э. А. Лазаренко.
P.X. Сейлс и Ч. Мейер сформулировали одно из важных условий, логически вытекающее из предпосылки синхронной зональности в рудовмещающем ореоле: одновременное образование зон требует, чтобы наступающая внутренняя зона серицитизации никогда не захватывала полностью промежуточные и внешние зоны, т. е. не соприкасалась со свежей породой. Однако отклонений от этого условия более чем достаточно. Так, Ф.Г. Бонорино, разработавший теорию «фронтов» на основе анализа формирования разреза аргиллизированных пород с шестью зонами, не смог объяснить описанные им в том же районе рудовмещающие разрезы с единственной гидрослюдяной зоной, контактирующей с неизмененной породой. «Проблема этого типа зональности состоит в следующем: что заставило процесс не следовать нормальному ходу дифференциации после того, как была образована зона гидрослюды?». Сторонники синхронного развития зон, принимая во внимание тот факт, что химический состав внутренней зоны в своей основе отражает эффект кислотного выщелачивания, предполагают, что минералы внутренних зон (имеется в виду серицит и гидрослюда) образуются в кислой среде. Это приемлемо в некоторых случаях для серицита, в меньшей степени для гидрослюды и, очевидно, не допустимо при образовании внутренней хлоритовой зоны.
Гипотезе синхронной метасоматической зональности противоречат также следующие особенности состава и зональности метасоматических колонок:
1) в нерудоносных ореолах состав и зональность пород отражают только эффект кислотного выщелачивания, степень которого убывает по мере удаления от жил; внутренняя зона в таких ореолах каолинитовая;
2) в рудоносных ореолах состав внутренних зон свидетельствует о комбинированном эффекте раннего кислотного выщелачивания и последующего преобразования продуктов кислотного выщелачивания в условиях щелочной реакции растворов; во внутренних зонах каолинит замещается гидрослюдами или хлоритом, кварц — полевошпатовыми агрегатами, цеолитами; в метасоматических колонках таких ореолов нередко сохраняется реликтовая каолинитовая зона (в средней части колонки), исчезающая в ореолах с более богатыми рудами;
3) правило Д.С. Коржинского о стремлении состава метасоматических пород к мономинеральности соблюдается только в нерудоносных ореолах (см. колонки осаждения в зонограммах нерудоносных участков Верхне-Олекминского района и Ононского участка); в ореолах с бедными рудами во внутренних зонах минералов-новообразований больше, чем в прилегающих к ним более внешних зонах;
4) в аргиллизированных породах, не вмещающих жил, пористость непрерывно возрастает от внешней зоны к внутренней; в рудоносных ореолах максимальное значение пористости приходится на среднюю часть метасоматической колонки, тогда как во внутренней зоне вследствие многократного минералообразования с привносом вещества пористость пород нередко минимальная.

На основе анализа зональности аргиллизированных пород Верхне-Олекминского района и других рудных полей автор пришел к выводу, что необходимо выделять два типа метасоматической зональности аргиллизированных пород: 1) дорудную синхронную; 2) тропохронную (преобразованную) с реликтами синхронной, отражающую суммарный эффект дорудных, рудосопровождающих и послерудных преобразований породы.
Синхронный дорудный метасоматоз. Контур смачивания пород кислым термальным раствором ограничивает ширину метасоматического ореола (рис. 55). Вблизи разлома, где раствор постоянно обновляется, происходит сильное кислотное выщелачивание и образуются минералы, устойчивые в кислой среде (обычно каолинит).
Во внешней части ореола раствор приходит в равновесие с породой, метаморфизуется до щелочной реакции и по первичным минералам, неустойчивым в кислой среде, образуются минералы щелочной среды (хлориты, монтмориллониты, карбонаты).
Зональное распределение новообразований в ореоле с синхронной зональностью обусловлено градиентами pH, концентраций извлеченных компонентов в растворе и температуры. В направлении от внешних зон к внутренним распределение метасоматических минералов соответствует ряду возрастающей устойчивости их к воздействию кислот. В приповерхностной части ореола в условиях возрастающей кислотности растворов формируется сольфатарная шляпа с вертикальной зональностью.
Границы внутренних зон (а', б', в') смещаются в сторону внешнего контура ореола, занимая положения а, б, в, при этом возникают зоны промежуточного состава. Известному положению о наращивании мощности метасоматической колонки путем последовательного смещения границы внешней зоны противоречит тот факт, что ряд устойчивости первичных минералов к метасоматозу одинаков для внешних и внутренних зон и соответствует ряду устойчивости их к действию кислого термального раствора. Метаморфизованный раствор во внешней зоне имеет щелочную реакцию, поэтому наращивание мощности колонки за счет реакций породы с таким раствором привело бы к тому, что колонка растворения во внешних зонах была бы обратной по отношению к колонке растворения во внутренних зонах, чего не наблюдается (см. зонограммы для участка Первого и др.).
Рудосопровождающий метасоматоз. В период рудоотложения реакция растворов смещается в сторону более щелочных значений и дорудные метасоматические ассоциации кислой среды образования замещаются минералами щелочной среды образования с привносом ряда элементов (обычно калия, магния, железа, иногда натрия). Минеральными формами калиевого рудосопровождающего метасоматоза являются гидрослюда, смешанно-слойные минералы типа гидрослюда-монтмориллонит, адуляр; при железо-магниевом рудосопровождающем метасоматозе образуются глинистые хлориты, гематит, при натриевом — альбит, цеолиты. Интенсивность рудосопровождающего метасоматоза (степень замещения рудосопровождающими минералами дорудных минералов и ширина ореола рудосопровождающих минералов) пропорциональна количеству отложенной в ореоле руды (см. рис. 55, Б). В случае сильного рудосопровождающего метасоматоза дорудные метасоматические ассоциации полностью замещаются рудосопровождающими во всей метасоматической колонке; если при этом образуется один рудосопровождающий минерал, то в разрезе околорудных пород нередко возникает одна метасоматическая зона. Умеренный рудосопровождающий метасоматоз усложняет состав аргиллизированных пород и зональность.
Возрастание степени рудосопровождающего метасоматоза по мере увеличения количества залегающей в ореолах аргиллизированных пород руды наблюдается в одном из редкометальных рудных полей; рудосопровождающий метасоматоз в этом случае проявляется в серии минеральных форм гидрослюдяного типа, замещающих дорудные глинистые минералы, и последовательно приближающихся по составу и структуре к чистой гидрослюде с увеличением рудонасыщенности ореолов.
Послерудный метасоматоз. Увеличение кислотности растворов с понижением их температуры приводит к кислотному выщелачиванию рудосопровождающих ассоциаций. Ореол послерудного метасоматоза, протекающего в период затухания гидротермальной деятельности, обычно не широкий, захватывает метасоматические рудные тела, прилегающую к рудам часть метасоматитов внутренней зоны (первые сантиметры и десятки сантиметров), а в более внешних частях ореола проявляется по сети поздних трещин в виде маломощных (обычно первые сантиметры) зон осветления. Предельной силикатной формой послерудного метасоматоза обычно является каолинит, промежуточными формами выщелачивания гидрослюды — смешанно-слойные минералы и монтмориллонит.
Особенности дорудного и рудосопровождающего метасоматоза проявляются и в химическом составе аргиллизированных пород.

Синхронный глинистый метасоматоз происходит в условиях кислотного выщелачивания. Наиболее значительный эффект выщелачивания наблюдается у поверхности около кислых термальных источников, вызывающих аргиллизацию пород. Расчет количества вещества в удельных объемах минеральных зон глинистого изменения пород в районе Сольфатара (Италия) показывает убыль всех компонентов исходных трахитов, некоторые из них (Fe24, Fe3+, Ca2+, Mg3+, Na+, K+) выносятся полностью из зоны максимального изменения (Love-ring, 1950). Аналогичный эффект сильного кислотного выщелачивания отмечен и в аргиллизированных породах сольфатарных полей Камчатки и Курильских островов. В такие породы привносится только вода.
При аргиллизации полнокристаллических и эффузивных пород в более глубинных условиях при отсутствии рудных тел, около трещин и безрудных кварцевых жил также выявляется только убыль всех петрогенных элементов и привнос воды и углекислоты, но вынос вещества здесь умереннее, чем вблизи поверхности, как это видно, например, на диаграмме для участка Третьего Верхне-Олекминского района (табл. 16, рис. 56).

Количество оставшегося в аргиллизированной породе вещества зависит от ее минерального состава и пористости (плотности). Например, в каолинизированной породе может регистрироваться убыль глинозема, если каолинитовые псевдоморфозы пористые, и привнос его при плотных агрегатах каолинитовых псевдоморфоз. Привнос глинозема может наблюдаться и в пористых аргиллизированных породах, если каолинитом замещаются и минералы с небольшим количеством глинозема, либо не содержащие его. Например, на Ононском участке глинистыми минералами замещены не только плагиоклаз, калиевый полевой пшат и слюды, но и кварц, и хотя породы пористые, во всех зонах, кроме внешней, регистрируется привнос глинозема (табл. 17). Количество остальных окислов убывает, некоторые из них (K2O, Na2O, CaO, MgO) привносятся в небольших количествах в промежуточные зоны в соответствии с их составом. Расчет миграции вещества в объеме удельного сечения показывает местный источник привнесенного вещества (рис. 57). Количество привнесенного в зоны 2, 3, 4 глинозема не превышает выноса его из внешней зоны (1); привнос в некоторые зоны калия, натрия, кальция и магния намного меньше, чем вынос тех же элементов из других зон.


В околорудных аргиллизированных породах также регистрируется эффект кислотного выщелачивания, проявленный во всех зонах, но вместе с тем во внутренние, прирудные зоны привносятся калий, магний, железо. На Пятом участке Верхне-Олекминского района маломощные зонки каолинит-гидро-слюдяного изменения оторачивают кварцевые жилы с убогой вкрапленностью сульфидов (табл. 18, рис. 58). Количество гидрослюды невелико, но она присутствует в породах всех зон, являясь более поздней, чем остальные глинистые минералы. Это находит отражение в привносе небольших количеств калия во всех зонах. На минеральном составе новообразований сказывается состав материнской породы: во всех зонах содержатся магнезиально железистые карбонаты, поэтому убыль кальция, магния и железа не столь значительна, как в аргиллизированных породах более кислого состава. В гидрослюдяной зоне количество кремнезема резко возрастает, так как гидрослюда ассоциирует с гидротермальным криптокристаллическим кварцем. В каолинитовую зону с плотными агрегатами каолинита привнесен глинозем.

В других подобных по минеральному составу разрезах аргиллизированных пород выявляются те же закономерности. Например, в измененных породах медного месторождения Бьютт, полиметаллических месторождений минерального пояса Передового хребта во всех зонах резко уменьшается (до полного выноса во внутренних зонах) количество натрия и кальция. Содержание железа (входящего в пирит), магния (входящего в хлориты и гидрослюды) может уменьшаться или возрастать. Количество глинозема и кремнезема нередко уменьшается во внешних зонах и возрастает в более внутренних: глинозема — в зоне, обогащенной каолинитом, кремнезема — в зоне, обогащенной кварцем. Количество калия увеличивается во всех зонах, если гидрослюда или серицит распространены по всему разрезу, как, например, около Радиевой жилы рудника Карибу или около полиметаллических жил того же района.

Если вблизи рудных тел породы хлоритизированы, то в зависимости от состава хлорита в прирудные зоны привносятся железо или магний, как, например, на Беганьском барит полиметаллическом месторождении (см. рис. 62). Четко выраженный привнос в прирудных зонах щелочных и щелочноземельных элементов, входящих в состав минералов, развитых в непосредственной близости от рудных тел, наблюдается лишь в случае преобладания этих минералов над другими метасоматическими продуктами; если в прирудных зонах сохраняется значительное количество минералов, характерных для нерудоносных ореолов (обычно каолинита), то количество упомянутых элементов может и не превышать исходного в первичной породе. Например, в ореоле аргиллизированных пород участка Первого Верхне-Олекминского района, в прирудных зонах с каолинит-шамозитовыми псевдоморфозами по плагиоклазу количество FeO, входящей в состав шамозита, местами несколько меньше, чем в исходном гранит-порфире (рис. 59, табл. 19), тогда как во внешних (1, 2, 3) и промежуточной (4) зонах привнос FeO выражен четко. Это объясняется тем, что во внешних зонах сохраняется первичный биотит и замещение плагиоклаза железосодержащим минералом приводит к увеличению количества железа в породе; с другой стороны, во внутренних зонах (5, 6) биотит замещен глинистыми минералами, а отношение количества шамозита к каолиниту в псевдоморфозах по плагиоклазу обычно не превышает 11. Кроме того, породы внутренних зон в той или иной мере окварцованы, что также понижает долю железа и магния в них.

Если рудоотложение происходит из кислых растворов, то в прирудной зоне рудосопровождающие минералы щелочной среды не образуются, и химический состав аргиллизированных пород во всех зонах ореола отражает эффект дорудного кислотного выщелачивания, а в прирудной зоне также и рудосопровождающего кислотного метасоматоза; проявляющегося в образовании марказита, ярозита или алунита. Химический состав аргиллизированных пород марказит-метациннабаритового месторождения Большой Шаян (табл. 20, рис. 60) отражает преобразование пород в периоды дорудного кислотного выщелачивания и рудосопровождающего ярозитового метасоматоза в прирудной зоне. Во всех зонах этого ореола регистрируется убыль компонентов исходной породы, и только в ярозит-каолинит-аллофановой зоне увеличивается количество железа.

Одной из важнейших особенностей аргиллизации пород является гидратация продуктов замещения (водородный метасоматоз по Д. Хемли), появление дисперсных алюмосиликатов, содержащих воду или гидроксильную группу в количествах, в 3—10 раз превышающих содержание их в структурно подобных силикатах более высокотемпературных метасоматитов. Преобладающим метасоматическим продуктом периода кислотного выщелачивания являются гидроксилсодержащие слоистые силикаты, образующиеся при гидролизе не содержащих водород силикатов и стекол. Слоистые силикаты высокотемпературных гидротермальных метасоматитов содержат небольшое количество гидроксильных групп и «минерализаторы» (F, Cl, В).

В среднетемпературных условиях количество гидроксильных групп возрастает до 10—15% (серпентин, хлорит, каолинит и др.). Слоистые силикаты аргиллизированных пород содержат еще и межслоевую молекулярную воду. В 1 км3 каолинизированного пеплового туфа содержится около 2*10в8 т воды, а в аналогичном объеме монтмориллонитизированного туфа — до 4*10в8 т воды.
Гидратация сопровождается некоторой убылью части компонентов первичных пород, которая почти никогда не компенсируется полностью при рудосопровождающем метасоматозе. Источник вещества, необходимого для рудосопровождающего метасоматоза, не ясен. На основе баланса вещества по ореолу с относительно слабым и умеренным рудосопровождающим преобразованием пород возможно допущение о местном (внутриореольном) перераспределении калия, магния, железа рудосопровождающих минералов. Однако в случае сплошной гидрослюдизации андезитов несомненен внеореольный источник калия. Ввиду отсутствия балансов вещества метасоматитов по рудным полям не известно, заимствован ли, например, калий из кристаллизующихся магм или он выщелочен из других пород более глубинных сечений, либо на том же гипсометрическом уровне, где регистрируется его привнос.

Замещение плагиоклазов глинистыми минералами всегда сопровождается освобождением значительной части кремнезема и почти всего кальция и натрия (рис. 61). За счет освобожденного кремнезема может происходить окварцевание внутренних зон аргиллизированных пород. Часть освобожденного кальция связывается в кальците, который рассеян во внешних зонах, либо при отсутствии окварцевания концентрируется во внутренних зонах. При аргиллизации кислых полнокристаллических и особенно туфогенных пород в прилегающей к рудным телам зоне образуются кварц-адуляровая и альбитовая ассоциации. Адуляр и альбит, как известно, нередко образуются при недостатке в растворе глинозема и пересыщенности его калием (натрием) и кремнеземом. Образование окварцованных, карбонатизированных, альбитизированных и адуляризированных метасоматитов во внутренних зонах аргиллизированных пород свидетельствует о миграции избыточных компонентов к осевым частям ореолов, из которых они могут удаляться через разрывные нарушения на поверхность.

Направленность химического преобразования глубинных и поверхностных частей единого ореола различна, как выявляется анализом соответствующих диаграмм миграции вещества в измененных породах Беганьского месторождения (рис. 62, 63), а именно: 1) при аргиллизации железо связывается преимущественно в силикатной форме, количество сульфидного железа невелико, тогда как в сольфатарной шляпе железо связывается в пирит в нижней ее части или обособляется в окисной форме (гематит) в верхней части в ассоциации с алунитом; поэтому в сольфатарных каолинизированных породах выявляется прямая корреляция железа с сульфидной серой, а выше по разрезу — прямая корреляция пары SO3—K2O, тогда как в аргиллизированных породах FeO коррелируются с MgO, a Fe2O3 — с Al2O3; 2) при аргиллизации кремнезем преимущественно, а глинозем исключительно связаны в силикатах, тогда как в сольфатарной шляпе наблюдается склонность к обособлению их в форме окислов (кварц, опал, диаспор, корунд), и корреляционные связи между главными элементами, характерные для аргиллизированных пород, нарушаются или исчезают; 3) кислотное выщелачивание при аргиллизации приводит к полному выносу только двух элементов — натрия и кальция, убыль остальных элементов невелика, тогда как при образовании сольфатарных кварцитов в минералообразовании участвуют только четыре петрогенных элемента: кремний, алюминий, калий и железо, а остальные полностью выщелочены; 4) при аргиллизации кислотное выщелачивание пород сменяется щелочным метасоматозом, поэтому во внутренних зонах при резко выраженном выщелачивании (вынос Na, Ca, Fe в гидрослюдяной и каолинитовой зонах) содержится много калия, связанного в гидрослюде, а вблизи рудных тел — также Mg и Fe, входящих в состав хлорита; в противоположность этому в сольфатарной шляпе наблюдается только эффект более сильного кислотного выщелачивания и минеральные ассоциации кислой среды образования.
Различия в условиях формирования аргиллизированных пород и сольфатарных кварцитов вызваны окислением H2S до H2SO4 у поверхности, и последовательная смена более глубинных каолинизированных пород алунитизированными, а их в свою очередь монокварцитами, отражает возрастание активности серной кислоты и кислотности растворов по направлению к поверхности, что и обуславливает вертикальную зональность сольфатарной шляпы.