Пегматитовые месторождения

Пегматитовыми называются месторождения, которые образуются на поздних стадиях кристаллизации магмы из остаточных расплавов или в процессе метаморфизма при активном воздействии летучих компонентов. Магматогенные пегматиты это переходная группа между магматическими и постмагматическими образованиями.

Характерной особенностью их являются крупнокристаллическое строение, обособление мономинеральных блоков в виде гнезд или полос, присутствие крупных по размерам и совершенных кристаллов (“пегма” по-гречески - остов, затвердевший).

Этот тип месторождений имеет большое промышленное значение. Наиболее важные полезное ископаемое пегматитов: слюды (Сибирь, Карелия, Кольский п-ов); керамическое сырье: кварц, полевые шпаты (Карелия, Украина); редкие и радиоактивные металлы: Li (сподумен, лепидолит) – США; Nb (Норвегия, США); U, Th (Канада, Мадагаскар); олово (Казахстан); топаз, драгоценные, полудрагоценные камни (Урал, Украина); пъезокварц, морион (Украина); корунд, изумруды (Урал).

Геологические особенности.Магматогенные пегматиты известны для каждой группы магматических пород: встречаются гранитные, сиенитовые, диоритовые, габбровые, перидотитовые пегматиты. Однако подавляющее количество пегматитов ассоциирует с нормальными и кислыми гранитами. Приурочены к складчатым поясам, щитам платформ.

Метаморфогенные пегматиты формируются при высоких фациях регионального метаморфизма вне связи с магматическими комплексами, в гранито-гнейсовых блоках платформ, в зонах динамометаморфизма и ультраметаморфизма.

Пегматиты часто образуют пояса протяженностью до 4000км вдоль осей поднятий (Саянский, Канадский, Мамский) или поля пегматитовых жил (рис. 18). Древние по возрасту пояса более богаты полезными ископаемыми. Так, 75 % бериллия находится в пегматитах докембрийских поясов, 23 % - в палеозойских и только, 2 % - в мезозойских поясах. В древних пегматитах концентрируются мусковит, редкие земли, в молодых – редкоземельная минерализация.

Пегматиты связаны с материнскими интрузиями. Такая связь отчетлива для молодых пегматитов. А.И. Гинзбург выделяет несколько видов пегматитов:

- сингенетические - образуются на месте скопления остаточного расплава;

- эпигенетические (выжатые) - за пределами магматического очага (в породах кровли, с резкими контактами), контролируются разрывными нарушениями.

Рудные тела пегматитовых месторождений образуются в различных условиях:

- согласные, во внутри- и межпластовых полостях отслоений (пластовые залежи древних пегматитов);

- согласные и секущие в мелких трещинах скола;

- секущие в постскладчатых сбросах и сбросо-сдвигах.

Для геологического строения пегматитовых месторождений наиболее характерна жильная форма рудных тел; распространены линзы, трубообразные тела, залежи неправильной формы с раздувами и пережимами; системы прожилков.

По внутреннему строению выделяют пегматитовые тела однородные с равномерным расположением минералов и неоднородное, обычно закономерно зональные. По А.Е. Ферсману, наиболее типична следующая зональность (от периферии к центру): 1 - мелкозернистая аплитовая зона порфировидного строения, 2 - зона письменного гранита, 3 - зона крупнозернистого агрегата пегматоидной структуры, 4 - зона выполнения пустот путем наложения минерализации с друзами, 5 - зона гидротермального минералообразования с крустификационной текстурой. Сложная зональность характерна для редкометалльных пегматитов (рис. 19).

В крупнокристаллических гигантопорфировидных пегматитах кристаллы кварца достигают 2 м, амазонита - 10 м. Например, в Монголии в пределах интрузивного массива Горихо встречаются пегматиты с гигантскими кристаллами мориона весом до 17 т; в пегматитах США найден кристалл берилла весом 18 т. Хорошо выражена графическая текстура; характерно наличие занорышей.

Минеральный состав пегматитов.Он связан с условиями образования и составом материнских пород. Выделяется ряд минералого-геохимических групп пегматитов.

1. Гранитные пегматиты, которые делятся на:

- пегматиты чистой линии - внедрившиеся в близкие по составу породы;

- пегматиты линии скрещения - гибридные, внедрившиеся в породы иного состава. Их состав изменяется в результате реакции с вмещающими породами.

Главные минералы: полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), кварц, биотит. Распространены мусковит, турмалин, гранат, топаз, берилл, лепидолит, сподумен (Li, Al ( SiО₆), флюорит, апатит, минералы редких земель, радиоактивные, редкие. Характерны: топаз, пирохлор (Nb, Се), монацит (Се, Lа), ксенотим (YPO₄), ортит (Се), колумбит (Nb), танталит (Та), лепидолит (Li); встречаются вольфрамит, касситерит, молибденит, ильменит, висмутин. Зональность: в центре кварцевое ядро, далее к периферии блоки крупнозернистого микроклина, кварц-полевошпатовая масса письменной структуры, тонкозернистая кварц-полевошпатовая масса. Наиболее обогащены рудными минералами зональные дифференцированные пегматиты.

2. Гибридные пегматиты, образующиеся в процессе ассимиляции вмещающих пород. При реакции с вмещающей средой и захватом глинистых сланцев или вулканитов образуются пегматиты с андалузитом, кианитом, силлиманитом; при внедрении в карбонатные породы образуются пегматиты с роговой обманкой, пироксеном, скаполитом.

3. Десилицированные пегматиты, формирующиеся среди ультраосновных и карбонатных пород. Возникают корундовые (Al₂О₃) плагиоклазиты.

4. Пегматиты щелочных пород. В их составе микроклин, ортоклаз, нефелин, эгирин, содалит; минералы-примеси: апатит, минералы Nb, Ta, TR.

5. Пегматиты ультраосновных пород. Характерны: бронзит, анортит, лабрадор, оливин, амфибол, биотит. Примеси: апатит, гранат, Ti-магнетит, сульфиды.

Физико-химические условия образования и генезис.Пегматитовые месторождения образуются на различных глубинах от поверхности. Глубины образования пегматитов (по А. Гинзбургу): пъезокварцевые - 2-2,5 км, редкометалльные (Be, Li, Nb, Ta и др.) - 3,5-6 км, мусковитовые - 6-8 км, редкоземельные (La, Ce) - 8-9 и более км.

Температуры образования пегматитов варьируют в пределах 800⁰ - 200⁰. При изучении газово-жидких включений установлены следующие температуры: биотит - 760-500⁰; мусковит - 500-435⁰ ; кварц - 540-300 (до 150⁰); топаз - 510-300⁰. Б. Шмакин для пегматитов Сибири определил температуры образования 510-490⁰ . Давление, при котором образуются пегматиты, достигает 300 МПа (мегапаскалей).

Процессы образования пегматитов весьма разнообразны. Существует несколько генетических моделей.

1. Пегматиты - продукт кристаллизации остаточного расплава, обогащенного летучими (HF, H₂S, Н₂О, СН₄, Н₃РО₄). Гипотеза остаточных расплавов высказана В. Бреггером в 1890 г., разработана А.Е. Ферсманом (1932г.). После остывания и кристаллизации первых порций магмы остаточный расплав все больше обогащается летучими компонентами, которые сжижаются в гидротермальные растворы. Эти растворы отлагают новые минералы. Увеличивается подвижность расплава. Процесс протекает при температуре 800-400⁰.

Весь процесс происходит в закрытой системе в полости, которую заполняет остаточный расплав. Расплав кристаллизуется в соответствии со схемой Фогта-Ниггли при неограниченной растворимости летучих в магме.

А.Е. Ферсман выделяет несколько этапов кристаллизации гранитных пегматитов: эпимагматический, пневматолитический, гидротермальный. Они состоят из 9 последовательных геофаз (стадий) В, С, Д, Е, F, G, Н, J, К.

1 (В) – эпимагматическая геофаза: образование мелкозернистой зоны, переходной от гранитов к пегматитам,

2 (С) - пегматитовая: образование графической зоны (полевошпат – микроклиновой), которая кристаллизуется при t= 600-700⁰ ,

3-4 (Д-Е) - пегматитовые с турмалином, мусковитом, бериллом, топазом, t = 500-600⁰,

5-6 (F - G) (400-500⁰) - надкритические (слюды, хлорит, альбит, лепидолит),

7-8-9- (Н-J-К) (400-100⁰) - гидротермальные с сульфидами, карбонатами, цеолитом.

Иными словами, весь процесс пегматитообразования охватывает этапы от собственно магматического до гидротермального. Эти идеи о последовательной кристаллизации пегматитов из остаточного расплава разделяются К.А. Власовым, А.И. Гинзбургом. А.И. Гинзбург показал, что процесс происходит при изменении состава и роли щелочей: Са-Na щелочи (ортоклаз) сменяются К щелочами (микроклин).

Разновидность гипотезы Ферсмана это магматогенно-гидротермальная 2-х этапная схема Р. Джонса, Е. Камерона. По этим авторам в ранние этапы система закрыта, во 2-й этап система открыта и становится пневматолито-гидротермальной. При этом простые пегматиты 1-го этапа при метасоматозе переходят в сложные.

2. Пегматиты – результат перекристаллизации и метасоматоза (А.Н. Заварицкого, 1947 г.): т.е. это промежуточные образования между изверженными породами и постмагматическими жилами. Они возникают в результате перекристаллизации интрузивной породы под воздействием летучих. Особого пегматитового расплава не существует. Летучие выделяются на последних стадиях застывания материнского очага и проникают вдоль зон трещиноватости в верхние горизонты интрузива. Под воздействием летучих породы разлагаются: полевые шпаты и другие породообразующие минералы замещаются альбитом, мусковитом и др. минералами. Учитывается ограниченное растворение летучих в магме. При превышении их концентрации выделяется газовая фаза - пегматитообразующий газовый раствор. Под его воздействием и происходит перекристаллизация интрузивных пород в пегматит (по трещинам, порам и др. полостям).

Выделяются два этапа этого процесса: 1 - горячие газово-жидкие растворы осуществляют перекристаллизацию пород в простые пегматиты, система закрытая; 2 - метасоматические процессы с проникновением растворов во вмещающие породы, система открытая; образуются слюды, рудные минералы; эти пегматиты имеют сложный состав.

3. Пегматиты представляют собой метасоматиты (Ф. Хесс, В. Шаллер, К. Ландес, позднее Д.С. Коржинский). По данным Д.С. Коржинского, пегматитовый остаточный расплав образует только простые пегматиты (кварц-полевошпатовые). Лишь в случае поступления летучих происходит образование других минералов. Иными словами, выделяются две группы пегматитов: простые кварц-полевошпатовые и метасоматические сложные с кварцем, полевыми шпатами, слюдами, рудными минералами. Система перестает быть закрытой со 2-го этапа.

4. Пегматиты – результат метаморфизма (В.Н. Мораховский). Образуются в поле напряжения Земли в зонах динамометаморфизма. При этом из глубинных очаговых структур выделяются растворы (ранняя волна щелочности), затем происходит сжатие, поступление новой волны флюидов с рудными и другими полезными компонентами.

Таким образом, пегматитовые месторождения могут образоваться в результате различных геологических процессов. Но необходимо иметь в виду, что безрудные простые пегматиты формируются из остаточного расплава магматических камер или на ранних стадиях метасоматоза и перекристаллизации интрузивных пород, а рудоносные пегматиты сложного состава являются результатом длительного многостадийного гидротермального процесса с привносом полезных компонентов газово-жидкими флюидами.

Типичные рудные формации пегматитов: 1 – мусковитовые пегматиты - Вост. Сибирь, Мамский район; 2 - цериевые с ортитом и монацитом (США, Канада); 3 - пегматиты с редкими и радиоактивными элементами (Ве, Ti, Nb, Te, TR, U) - Россия, Финляндия, Норвегия; 4 - бор-фтористые - Сибирь, Индия; 5 - натро-литиевые - Забайкалье, Канада; 6 - фтор-берилловые (с топазом) - Урал, Сев. Монголия; 7 - литиевые (сподумен, лепидолит) – США; 8 - бериллиево-тантал-ниобиевые – Норвегия, США; 9 - оловянно-вольфрамовые - Забайкалье (Шерловая Гора), Саксония; 10 - мигматитовые пегматиты - Изумрудные копи, Березовское (Урал); 11 - графитовые и цериевые - Гренландия, Швеция, Южн.Урал; 12 - десилицированные с корундом, изумрудом – Урал.