Термодинамические параметры процессов формирования пегматитов

16.08.2018
Изучение мусковитовых пегматитов различных поясов Земли, образовавшихся в разное время и в различных по составу вмещающих породах, показало, что они близки по внутреннему строению, минеральному составу и последовательности процессов образования и изменения. Как уже указывалось, по происхождению первичного материала пегматитов выделяются первично-метаморфические плагиоклазовые незональные пегматиты, сформировавшиеся как плагиомигматиты на раннем этапе гранитизации, и первично-магматические, в основном двуполевошпатовые, не-зональные пегматиты. Формирование пегматитов было длительным процессом, протекавшим в значительном интервале температур п давлений. На послемагматическом этапе происходило метасоматическое изменение как первично-метаморфических, так и первично-магматических пегматитов. Этот этап подразделяется на последовательные стадии: раннюю щелочную, возрастания кислотности, максимальной кислотности и нового повышения щелочности.

К настоящему времени для оценки температуры процессов формирования пегматитов имеются данные по различным геотермометрам. Для первично-метаморфических пегматитов Мамского пояса, образовавшихся в метаморфической толще при переходе метаморфизма в гранитизацию, установлены температуры формирования в интервале 550—650 °C (табл. 6.1). Первично-магматические пегматиты по оценке различных исследователей кристаллизовались в интервале температур 620—700 °C. При этом температуры формирования плагиоклазовых пегматитов различных пегматитовых поясов несколько различаются. Так, кристаллизация графических плагиоклазовых пегматитов в Мамском поясе, по данным Л.Н. Сапожниковой, произошла при 680—700 °C, а плагиоклазовый пегматит неяснографической структуры в пегматитовом поясе Северной Карелии кристаллизовался при 620—650 °C. Изучение включений раскристаллизованного расплава в кварце из двуполевошпатовых пегматитов показало, что в графических пегматитах Мамского пояса эти включения гомогенизируются при температуре около 640 °С, а пояса Северной Карелин — ниже 700 °C. Всеми исследователями признается анатектическое или палингенное образование материнского расплава в результате процессов ультраметаморфизма. О.Н. Косухин и др. подчеркивают при этом, что расплавы, из которых кристаллизовались графические зоны мусковитовых пегматитов, являются наиболее низкотемпературными из анатектических расплавов. Это вполне объяснимо, если учесть, что для данных расплавов характерно высокое содержание воды и ее высокое парциальное давление. По нашим оценкам парциальное давление воды в гранитной магме при кристаллизации пегматоидных гранитов Мамского пояса было близко к 3—5 кбар. О.Н. Косухин с соавторами указывают, что оно достигает 3 кбар при температуре начала плавления во включениях из кварца графических пегматитов (выше 550 °С). Содержание воды в этих включениях расплава составляет не менее 8 %. Таким образом, при формировании мусковитовых пегматитов на магматическом этапе расплавы были обогащены водой. Повышенные температуры их кристаллизации относительно расплавов, обогащенных водой, видимо, обусловлены высоким содержанием CO2 во флюидной фазе. Как показало изучение включений минералообразующей среды, расплавы и флюидная фаза были наряду с водой обогащены углекислотой.

Наличие включений раскристаллизованного или затвердевшего расплава в кварце, берилле и гранате из пегматоидных зон ряда пегматитовых жил Мамского пояса показывает, что при кристаллизации зон графических пегматитов может накапливаться остаточный магматический расплав (или расплав-раствор), из которого их кристаллизации происходит в условиях гетерогенизации расплава с выделением флюидной фазы, так что в минералах этой стадии вместо с включениями расплава наблюдаются и флюидные включения.

На послемагматическом этапе температура формирования структурных зон пегматитовых тел закономерно понижается от внешних частей последних к внутренним. Для зоны апографической структуры пегматитов Мамского пояса температура составляет 550—530 °С. Близкий интервал температур (540—500 °C.) указывают В.В. Гордиенко и Н.И. Пономарева для процесса формирования микроклина щелочной стадии процесса (первая генерация) в пегматитах Северной Карелии.

Определение температур образования зон кварц-мусковитового комплекса и пегматоидных зон в пегматитах Мамского пояса при помощи различных геотермометров показывает 530—420 °С. Интервалы температур, получаемых для этих двух зон, часто перекрываются. В пегматитах Северной Карелии температуры для тех же зон равны соответственно 500—480 и 510—450° С, причем образование кварцевых ядер происходило при 480—450 °С.

Г.Г. Родионов с соавторами отмечали наличие температурной инверсии между стадией эвтектической кристаллизации (зоной пегматита графической структуры) и стадией формирования блоков микроклина (пегматоидной зоной). Этот вывод основан, в первую очередь, на данных о более высоком содержании натрия во внешней мономинеральной части блоков микроклина по сравнению с их внутренней зоной, сложенной эвтектическими срастаниями микроклина и кварца. Однако повышение количества Na в блоковом микроклине в этом случае может быть обусловлено и снижением давления в процессе минералообразования. К тому же в блоках микроклина широко распространены пертиты замещения. Следовательно, повышение количества альбита во внешней мономинеральной части блоков микроклина не может быть основанием для вывода об инверсии температуры в процессе формирования пегматитовых тел. К тому же цифры температуры кристаллизации пегматитов графической структуры, приводимые Г. Г. Родионовым с соавторами для мусковитовых пегматитов (500 °С), существенно занижены относительно приводимых другими авторами величин, близких к 650 °С.

Термометрия жидких включений в альбите и кварце, образовавшихся на поздней стадии нового повышения щелочности послемагматических растворов, показала, что температура послемагматического изменения всегда превышала 370 °C, так как в этпх минералах встречены включения, гомогенизирующиеся при 350—370 °С. Встречающийся на этих участках мусковит по содержанию парагонитовой составляющей существенно не отличается от мусковита других структурно-парагенетических ассоциаций, что указывает на отсутствие большого температурного разрыва между стадией нового повышения щелочности и более ранними стадиями процесса послемагматического изменения пегматитов. Поэтому для температуры образования минералов участков альбитизации и выщелачивания полевых шпатов принят интервал 420—370 °С.

В.В. Гордиенко и Н.И. Пономарева приводят для поздней щелочной ассоциации (микроклин III) в пегматитах Северной Карелии температуру кристаллизации 470—350 °C, близкую к указанной нами выше. Ho значения температур, приводимые ими для процесса формирования пустот выщелачивания в пегматитах (200—160 °С), видимо, сильно занижены.

Величина флюидного давления в процессе формирования пегматитов определялась по плотности однофазовых включений жидкой углекислоты в минералах. Температура образования минералов при использовании этого метода определения давления устанавливается соответственно данным различных геотермометров: гранат-биотитового, двуполевошпатового, парагонит-мусковитового, термометрии расплавных и газово-жидких включений. Для первично-метаморфических пегматитов Мамского пояса и вмещающих их метаморфических пород начальное давление составляло 5—7 кбар (см. табл. 6.1), для первично-магматических пегматитов — 6—8 кбар.

Более высокая величина давления, полученная для магматических пегматитов по сравнению с первично-метаморфическими, не случайна. Образование палингенных расплавов происходило на тектоническом этапе, который характеризовался повышением давления. Глубинность не была главным фактором увеличения давления, так как полученное давление значительно превышает величину возможного литостатического давления по геологической оценке глубин образования мусковитовых пегматитов, определяемой А.И. Гинзбургом и Г.Г. Родионовым в 6—8 км. При определении литостатического давления в метаморфической толще Мамского пегматитового пояса установлено, что оно также значительно ниже указанного выше флюидного давления в процессе формирования пегматитов. Л.Н. Сапожникова давление воды в процессе кристаллизации плагиоклазовых графических пегматитов определяет равным 10 кбар. Эта цифра представляется нам завышенной. Величина флюидного давления при кристаллизации пегматитов определялась не только РН2О но и PСО2, а также, возможно, и давлением других летучих компонентов. О.Н. Косухин с соавторами показали, что при кристаллизации пегматитовых анатектических расплавов в условиях амфиболитовой фации PСО2, в отделяющихся флюидах было достаточно высоким — около 5—6 кбар. Парциальное давление воды при кристаллизации графических пегматитов Мамского пояса но данным этих исследователей достигало 4 кбар.

При изучении включений жидкой углекислоты в минералах из зон послемагматического минералообразования установлено, что плотность CO2 в них значительно понижается от ранних зон к поздним, фиксируя резкое снижение давления (см. табл. 6.1, ряс. 6.5). Нa поздней стадии нового повышения щелочности послемагматических растворов, при образовании в зонах альбитизации кристаллов берилла, оно составляло 2,6—2,0 кбар, а для альбита и кварца, формирующихся в хрусталеносных гнездах, плотность CO2 во включениях соответствует давлению около 2 кбар и ниже (см. рис. 6.5). Понижение давления от начальных стадий процесс формирования пегматитов к его конечным стадиям установлено также для камерных и редкометалльных пегматитов.