Геохимические особенности пегматитов

04.09.2018
Геохимия пегматитов необычного состава изучена очень слабо. Об элементном составе многих из них можно судить лишь косвенно, исходя из их минерального состава. Имеющиеся немногочисленные опубликованные геохимические данные относятся к месторождению изумруда Халтаро, месторождениям Изумрудных копей, десилицированным пегматитам Болгарии и Северо-Западного Памира, а также скаполитовым пегматитам Северной Каролины и Тувы.

Месторождение Халтаро. Геологические взаимоотношения жильных лейкогранитов, пегматитов и пневматолито-гидротермальных жил месторождения Халтаро, а также их постепенные взаимопереходы по минеральному составу свидетельствуют о тесной генетической взаимосвязи этих образований. Жильные порфиробластические граниты-лейкограниты Халтаро в целом близки по составу другим лейкогранитам Высоких Гималаев, широко представленным в районе Нангапарбат-Харамоши. Это высокоглиноземистые субщелочные породы с незначительным преобладанием K2O над Na2O (табл. 10.1). Отличительными особенностями гранитов-лейкогранитов Халтаро являются повышенные содержания бария и стронция и отношение Rb/Sr < 1, что трактуется как результат образования этих пород в процессе неравновесного парциального плавления протолита, близкого по составу к грауваккам.

Обогащенные биотитом участки в жилах лейкогранитов более всего соответствуют по химическому составу гранодиоритам. Они характеризуются повышенными содержаниями глинозема, фемических компонентов и особенно щелочей с резким преобладанием калия над натрием. Эти породы обогащены также F, Li, Rb, Cs, Sc, V, Cr, Ni, Zn, Ba, Sr, Zr, но содержат меньше В, Be, Y, Ta, U по сравнению с собственно лейкогранитовой матрицей. В еще большей степени обогащены глиноземом и фемическими компонентами, но обеднены кремнеземом флюорит-турмалин-альбитовые жилы, в которых из щелочей преобладает натрий. Для них характерны высокие концентрации фтора и бора, повышенные содержания редких элементов группы железа, а также бериллия и мышьяка. Содержание редких щелочей в этих жилах такое же либо несколько выше, чем в порфиробластических лейкогранитах, а бария и стронция — резко понижено. Кроме того, они обеднены Zr, Hf, легкими РЗЭ, но обогащены иттрием (табл. 10.1).

Данные о валовом составе пегматитовых тел отсутствуют. Исходя из их минерального состава, можно предположить, что петрохимически пегматиты близки порфиробластическим лейкогранитам, но обогащены относительно последних бором, фтором, а также редкими элементами (Be, Rb, Cs).

Образование околожильных апоамфиболитовых метасоматитов, богатых флюоритом, биотитом и турмалином, сопровождается выносом из экзоконтактовых зон Si, Mg, Ca, Fe, Cr, V, Sc и привносом в них Н, F, Cl, В, К, Li, Rb, Cs, Be, Ta, Nb, As, Y, Sr. Наиболее широкие ореолы образуют F, Li, Rb, Cs и As.

Флюиды пегматитово-жильной системы повлияли на изотопный состав кислорода вмещающих амфиболитов: изотопный состав плагиоклаза в амфиболитах тяжелеет вблизи кварцевой жилы, тогда как состав биотита около турмалин-альбитовой жилы, наоборот, становится легче. Повышенные значения b18O в кварце пегматитов и лейкогранитов (10,7-1,0 %) свидетельствуют в пользу анатектического их происхождения из супракрустальных пород. Такие же значения имеют и кварцевые жилы, что указывает на их связь с лейкогранитами и пегматитами. Рассчитанные для лейкогранитов, пегматитов и кварцевых жил значения b18O воды, находящейся в равновесии с минералами при 400-500 °С, равны 9,0, 8,4 и 7,4 % соответственно. Эти значения укладываются в интервал, свойственный магматическим флюидам. Прогрессивное снижение b18O в ряду лейкогранит — пегматит — гидротермальная жила, возможно, отражает увеличение степени взаимодействия флюидов с изотопно более легкими по кислороду амфиболитами либо понижение температуры флюида. Температура изотопного равновесия для сосуществующих плагиоклаза и мусковита в пегматите равна 450 °C.

Изумрудные копи и десилицированные пегматиты Болгарии. Большинством исследователей предполагается генетическая либо парагенетическая связь месторождений Изумрудных копей с Адуйским гранитным массивом. Все разновидности слагающих Адуйский массив гранитов, за исключением пегматоидных лейкогранитов, являются субщелочными образованиями с коэффициеном агпаитности 0,54-0,57. От биотитовых гранитов в прикорневой части до пегматоидных в апикальной части массива возрастает содержание кремния и натрия, но снижается — калия и фемических компонентов (табл. 10.2). В этом ряду возрастают также железистость и глиноземистость биотита; постепенно уменьшается содержание ильменита, магнетита, циркона; наблюдается появление (или увеличение содержания) граната, колумбита, эвксенита, ганита, муассанита. Пегматоидные граниты являются колумбитоносными. Состав колумбитов из гранитов и пегматитов близок. Гранитам массива свойственно низкое содержание титанита и наличие редкометалльных и редкоземельных минералов. Гранаты из гранитов массива содержат 35-48 % спессартинового минала. От биотитовых к пегматоидным гранитам снижается EY/ECe; увеличиваются содержания гранитофильных редких элементов и фтора в породах и минералах из них, достигая максимума в пегматитах.

В табл. 10.3 приведены данные о содержании некоторых редких элементов и фтора в различных зонах плагиоклазит-слюдитовых тел и пневматолито-гидротермальных жилах Изумрудных копей. Наиболее обогащены фтором, редкими щелочами и бериллием флогопитовые (слюдитовые) зоны.

Имеющиеся сведения о редкоэлементном составе десилицированных пегматитов Болгарии также довольно скудны (табл. 10.4 и 10.5). По сравнению с обычными микроклиновыми и альбит-микроклиновыми пегматитами они обогащены стронцием, но содержат меньше бария и свинца (табл. 10.5). Плагиоклазитовые зоны в десилицированных телах характеризуются низкими содержаниями редких щелочей, тогда как флогопитсодержащие экзоконтактовые зоны, особенно анхимономинеральные флогопитовые слюдиты, максимально обогащены ими. Содержания бериллия в метасоматических колонках десилицированных пегматитов снижаются от апопегматитовых плагиоклазитов к внешним бесслюдистым зонам экзоконтактовых метасоматитов (табл. 10.4).

Поведение петрогенных элементов рассмотрим на примере десилицированного пегматита, залегающего в ультрабазитах массива Яковица (табл. 10.6). В представленной колонке плагиоклазитовая зона является апопегматитовой, тогда как флогопитовая и тальковая зоны — апосерпентинитовые. По характеру поведения можно выделить три группы элементов:

1) Si — выносится из пегматита (плагиоклазитовая зона) в экзоконтактовые флогопитовую и тальковую зоны;

2) Fe и Mg — выносятся в значительных количествах из флогопитовой и тальковой зон.

При этом содержание железа в плагиоклазитовой зоне по сравнению с неизмененным пегматитом увеличивается вдвое, а содержание магния остается примерно на прежнем уровне;

3) Al, Ca, К и Na — привносятся в плагиоклазитовую и флогопитовую зоны, но натрий фиксируется в основном в плагиоклазите, а калий — во флогопитовой зоне.

Кроме того, происходит осушение экзоконтактового пространства при образовании флогопитовой и тальковой зон, в которых содержание воды в 3-5 раз ниже, чем в серпентинитах, по которым они развиваются.

Десилицированные пегматиты Юго-Западного Памира. В табл. 10.7 приведены составы различных зон в нескольких телах десилицированных пегматитов, а рис. 10.1 иллюстрирует поведение петрогенных компонентов в процессе десиликации кварц-олигоклазового пегматита. Расчет баланса вещества показывает, что главные геохимические особенности этого процесса — вынос из пегматита кремнезема, увеличение в нем отношения Al2O3/SiO2, привнос магния и кальция. Однако в зависимости от конкретной геологической ситуации, прежде всего сочетания вмещающих пород, а также интенсивности процесса, особенности метасоматических колонок в разных пегматитовых телах могут существенно различаться.

Например, северо-восточная плагиоклазитовая часть жилы № 1 на участке Дарай Стаж, залегающая в форстерититах, отличается от юго-восточной части этой же жилы, залегающей в гнейсах и представленной неизмененным пегматитом, пониженными содержаниями SiO2, Fe2O3, FeO и особенно K2O, но гораздо более высоким содержанием Al2O3, CaO и Na2O, тогда как количество MgO в обеих частях тела примерно одинаково (табл. 10.7, ан. 1-4).

В жиле Переходная на участке Сангоб в зонах плагиоклазитов наряду с глиноземом возрастает содержание CaO, Na2O и MgO, а содержание железа остается примерно на том же уровне, что и в неизмененном пегматите. Резко отличается по составу от всех других краевая корунд-паргаситовая зона. Для нее характерно максимально высокое содержание железа, магния и кальция, максимально высокое отношение Al2O3/SiO2 и резко пониженное содержание натрия по сравнению не только с плагиоклазитами, но и с неизмененным пегматитом (табл. 10.7, ан. 5-9). Вдвое более низкие содержания натрия по сравнению с исходным пегматитом свойственны также краевым плагиоклазитовым зонам в жиле Олигоклазовая на этом же участке (табл. 10.7, ан. 10-13). Богатые флогопитом оторочки десилицированных пегматитовых тел максимально обогащены магнием, калием и водой (судя по потерям при прокаливании), но обеднены глиноземом (например, ан. 18 в табл. 10.7).

С.А. Ананьевым методом газовой хроматографии изучен флюидный режим процесса десиликации пегматитов. В зонах десиликации по сравнению с неизмененными пегматитами суммарный объем флюидной фазы (H2O, CO2, CO, CH4, H2) в минералах на порядок выше. Наряду с содержаниями флюидных компонентов важным показателем флюидного режима является коэффициент восстановленности флюида (рис. 10.2). Значения этого коэффициента в плагиоклазитах в несколько раз ниже, чем в исходных пегматитах. Состав наложенного флюида, ответственного за десиликацию пегматитов, существенно водно-углекислый, с высокой степенью окисленности. Однако в процессе контактово-метасоматических преобразований наступает инверсия флюидного режима с окислительного на восстановительный в результате связывания гидроксида в минералах метасоматитов (амфиболов, слюд). Для флюидов, законсервированных в минералах контактовых оторочек, характерно повышенное содержание водорода и CH4 при резко пониженных содержаниях CO2 и CO. С этой особенностью флюида связано постоянное и часто довольно обильное присутствие графита во флогопит-амфиболовых оторочках десилицированных пегматитов. Корунд также образуется преимущественно в зонах с повышенными значениями коэффициента восстановленности флюида.

Скаполитовые пегматиты. В табл. 10.8 приведены имеющиеся данные о химическом составе пегматитов с первично магматическим скаполитом. Скаполитовый пегматит Тувы явно наследует редкометалльную геохимическую специфику жильной серии сподуменовых пегматитов, составной частью которой он является. Мелко- и среднезернистый кварц-скаполитовый с турмалином и сподуменом комплекс, слагающий основную часть жилы, по содержанию кремнезема, глинозема, железа и магния соответствует лейкограниту, но резко обеднен калием и натрием, что компенсируется экстремально высоким содержанием кальция (>7 мас.% CaO). Комплекс обогащен CO2, H2O, в меньшей степени В, но содержит мало Cl (0,03-0,04 мас.%), S (0,02) и F (0,02-0,04 мас.%). Он характеризуется высокими концентрациями характерных для редкометалльных пегматитов Li, Rb, Cs, Sn, Be, а также не свойственных им Sr и редких земель (La — 42 г/т, Ce — 53, Nd — 23 г/т). Пегматит краевой фации обогащен Al, Ca, К, Na, Li, Rb, Cs, В, H2O, CO2 относительно основной зоны жилы, но заметно обеднен кремнеземом (табл. 10.8, ан. 3). По сравнению с неизмененными известняками экзоконтакто-вый метасоматит в зоне 0,1 м от контакта обогащен Si, Al, Na, Li, Rb, Cs, В, H2O и обеднен Ca и CO2.

По составу петрогенных компонентов скаполитовый пегматит Северной Каролины близок к обычным кварц-полевошпатовым пегматитам с преобладанием калиевого полевого шпата над плагиоклазом, отличаясь повышенными содержаниями кальция и бора (табл. 10.8, ан. 6).