СКАРНОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Скарнами называют породы известково-силикатного состава, образовавшиеся метасоматическим путем в приконтактовой зоне интрузивов среди карбонатных и в меньшей степени силикатных пород. Когда в них накапливается ценное минеральное сырье, образуются скарновые месторождения полезных ископаемых.

По составу исходных пород скарны подразделяются на три разновидности:

1. Известковые скарны, образованные при замещении известняков, наиболее распространенные. Типоморфные минералы – гранаты (гроссуляр – андрадит) и пироксены (диопсид – геденбергит).

2. Магнезиальные скарны, возникшие при замещении доломитов. Типоморфные минералы – диопсид, форстерит, шпинель, флогопит, людвигит, магнетит, доломит.

3. Силикатные скарны, сформированные по интрузивным, эффузивным и реже осадочным силикатным породам. Состав их подобен известковым скарнам, наиболее характерный минерал – скаполит.

Скарновые месторождения, по инфильтрационно-диффузионной гипотезе Д.С. Коржинского, формируются вблизи границы силикатных и карбонатных пород в связи с циркуляцией горячих растворов, привносящих химические соединения, выносимые из глубинных магматических очагов или заимствованных из пород на путях движения этих растворов.

Диапазон формирования скарнов гипабиссальной фации 1–4 км, мезоабиссальной – 4–15 км и абиссальной – 15 км и более. Типичное для скарнов оруденение образуется при температурах 200–500 С. Месторождения локализуются в сводных частях интрузивных куполов, в сводах и на крыльях различных складок, в участках их замыкания. В расположении отдельных скарново-рудных залежей в пределах рудных полей часто наблюдается контролирующая роль дизъюнктивных нарушений, зон трещиноватости, раздавливания.

Форма залежей полезных ископаемых, заключенных в скарнах, – пластовые и пластообразные, линзовидные, штоки, трубы, жильные и жилообразные, гнезда, сложные ветвящиеся тела. Наиболее крупные пластовые и пластообразные залежи протягиваются на 2–2,5 км при мощности до 200 м. Размеры зерен минералов, слагающих скарны, обычно от долей мм до 1–2 см, отдельные кристаллы достигают десятков сантиметров. Наиболее распространенные текстуры рудных агрегатов – массивная, пятнистая, полосчатая, друзовая; структуры – гранобластовая, порфиробластовая, пойкилобластовая, волокнистая и реликтовая.

Для скарновых месторождений характерны следующие особенности:

1. Метасоматический характер минералообразования, о чем свидетельствуют псевдоморфозы отдельных минералов и минеральных комплексов по ранее отложившимся минералам и их агрегатам.

2. Смена фаций, характеризующаяся вытеснением в минералах кальция магнием, а магния железом.

3. Зональное строение по направлению от контакта с интрузивом. По мере удаления от контакта меняется состав плагиоклазов, гранатор, пироксенов.

4. Стадийность в образовании скарнов, связанная с изменением состава привносимых веществ.

Наиболее значительны по запасам известково-скарновые месторождения железа, кобальта, меди, вольфрама, молибдена, свинца, цинка, золота, олова, бериллия, скандия, ниобия, редких земель, тория, урана, графита, витерита, пьезокварца. Типичными представителями магнезиально-скарновых месторождений являются месторождения железных руд, бора, флогопита, хризотил – асбеста и талька. В силикатных скарнах встречаются месторождения андалузита, силлиманита и кианита, флогопита, лазурита, корунда, рубина и сапфира.

Скарновые магнетитовые месторождения приурочены к геосинклинальным вулканогенно-осадочным комплексам с вулканитами основного и среднего состава, содержащими пласты или прослои известняков, доломитов, известковых туфов и туффитов. Обязательным условием возникновения скарновых магнетитовых месторождений является внедрение в вулканогенно-осадочную толщу интрузий гранитоидов повышенной основности или щелочности (производных базальтовой магмы). Внедрение этих интрузивов происходило в зонах глубинных разломов. Локализация залежей месторождений контролировалась системой пластических и разрывных нарушений, сопряженных с глубин­ными разломами. Формы рудных тел – неправильные жилообразные, пластообразные (рис. 29).

Рис. 29. Схематический геологический разрез Гороблагодатского месторождения:

1 – четвертичные отложения и мезозойская кора выветривания; 2 – трахибазальтовые порфириты экструзивные; 3 – трахибазальтовые порфириты эффузивные; 4 – туфы порфиритов; 5 – конгломераты базальт-известковые; 6 – туфопесчаники; 7 – базальтовые порфириты; 8 – сиениты; 9 – сиенит-порфириты; 10 – скарны; 11 – магнетитовые руды; 12 – тектонические нарушения

В минеральную ассоциацию известково-скарновых месторождений входят пироксен салитового типа, гранаты андрадит-гроссулярового ряда, эпидот, цоизит. актинолит, хлорит, везувиан, магнетит, пирит, кальцит, кварц. Для магнетитовых магнезиально-скарновых месторождений характерно развитие магнезиальных силикатов – форстерита, фассаита, шпинели, флогопита, скаполита, серпентина, людвигита, ашарита.

Наиболее типичными элементами-примесями в рудах скарновых магнетитовых месторождений являются: кобальт – преимущественно в пирите, иногда в виде кобальтовых сульфидов (кобальтина, глаукодота); Ванадий – в магнетите, железистых пироксенах и амфиболах; медь – в халькопирите и других медных сульфидах; цинк – в сфалерите.

Содержание железа в рудах скарново-магнетитовых месторождений колеблется от 20 до 60%, серы до 2–3%, фосфора – сотые доли процента. Руды массивной и вкрапленной текстур, крупно- и среднезернистые. Протяженность залежей обычно десятки – сотни метров, реже несколько километров, мощность – метры, десятки метров.

По запасам различаются: крупные (более 1 млрд. т), средние (100 млн т и более) и мелкие (десятки млн т).

В СССР скарново-магнетитовые месторождения разрабатываются на Урале (Высокогорское, Гороблагодатское и др.), в Северном Казахстане (Соколовское, Сарбайское и др.), на Кавказе (Дашкесанское), вЗападной Сибири (Таштагольское, Шерегешевское и др.) и Красноярском крае (Тейское, Абаканское и др.). Многочисленные скарново-магнетитовые месторождения известны также в США, Центральной и Южной Европе, Вьетнаме, Китае, Японии и в других странах.

Скарновые магнетитовые месторождения имеют большое практическое значение, по добыче железных руд они занимают второе место в СССР (20%) и третье место в мире (15%).

Молибденит-шеелитовые скарновые месторождения формировались в процессах тектономагматической активизации на платформах и в областях завершенной складчатости. Образование их связано с лейкократовыми калиевыми гранитами. Они залегают в зонах контактов карбонатных и алюмосиликатных пород, реже среди эффузивов среднего состава. Скарнированию подвергаются как карбонатные, так и алюмосиликатные породы, к последним относятся эндоконтактовые зоны материнских плутонов. Благоприятные структурные условия развития скарнов возникли при сочетании пологих контактов интрузивов с рассекающими их тектоническими нарушениями.

Скарны образуют залежи сложной формы, а также жилы, линзы, гнезда и пластбобразные тела. Протяженность залежей несколько километров, мощность – метров (рис. 30).

Рис. 30. Геологический разрез месторождения Ингичке:

1 – мраморы; 2 – доломиты; 3 – лампорфиры; 4 – граниты биотитовые; 5 – граниты лейкократовые; 6 – зоны гидротермально измененных гранитоидов (а)и кварц-шеелитовые жилы (б); 7 – скарны; 8 – брекчированные, окварцованные и измененные скарны; 9 – тектонические нарушения

Минеральный состав скарнов определялся составом вмещающих пород. При развитии скарнов по известнякам образуются геденбергит и гранаты ряда гроссуляр-андрадит, доломиты обусловливают образование форстерита и шпинели.

Рудный процесс накладывался на скарны и околоскарновые породы, вызывая в них амфиболитизацию, эпидотизацию, окварцевание, серицитизацию. Отложение рудной минерализации происходило в несколько стадий в тонких прожилках, жилах и в виде вкрапленности.

Из рудных минералов наиболее распространены магнетит, молибденит, шеелит, пирит, халькопирит, менее развиты галенит, сфалерит и висмутин. Жильные минералы представлены кварцем, мусковитом, хлоритом, флюоритом, карбонатами.

Типичными представителями этой формации являются месторождения Тырныауз (Северный Кавказ), Чарух-Дайрон (Таджикистан), Ингичке (Узбекистан), Восток-2 и Лермонтовское (Северное Приморье), Агылкинское (Якутия). За рубежом месторождения этого типа играют ведущую роль в добыче вольфрамовых руд в США (около 600 рудников), в Бразилии (около 300 месторождений), Южной Корее (Сангдон и др.), а также в Канаде, Турции и Австралии.

На долю скарновых молибденит-шеелитовых месторождений за рубежом приходится 60% добычи вольфрама и 10% молибдена.

Галенит-сфалеритовые скарновые месторождения формировались в орогенные этапы в геосинклинальных формациях в приконтактовой зоне гипабиссальных или близповерхностных кислых магматических пород поздних стадий геосинклинального цикла и прилегающих к ним карбонатных или алюмосиликатных пород, в результате метасоматического замещения последних. Среди скарнов отмечаются гранат-пироксеновые, пироксеновые, родонит-пиритовые и волластонитовые разновидности, но наиболее благоприятны для рудообразования гранат-пироксеновые и пироксеновые скарны.

Сульфиды свинца, цинка, в небольшом количестве меди выделяются позднее минералов скарнов либо находятся с ними в тесных срастаниях. Условия локализации оруденения контролируются благоприятным сочетанием тектонических разломов и литологией вмещающих пород.

По морфологии залежей выделяются два структурных подтипа: а) жилообразные (в трещинах разрыва) и трубообразные (на пересечении трещин скалывания) в контакте гранитоидов с известняками и среди известняков; б) залежи на контакте известняков и перекрывающих их эффузивных кварцевых порфиров, экранирующих оруденение.

Главными рудными минералами являются галенит и сфалерит, второстепенными – пирит, арсенопирит, марказит, сульфоантимонаты свинца, редкими – пирротин и халькопирит. Соотношение свинца и цинка в рудах обычно 1:1, реже 1:3. Содержание меди обычно незначительное, иногда достигает 0,5%. Главные нерудные минералы – пироксены (геденбергит, салит, диопсид, авгит), гранаты (гроссуляр – андрадит), волластонит, аксинит, эпидот, доломит, анкерит, кальцит и кварц.

Текстуры руд густовкрапленные, полосчатые, массивные, иногда пятнисто-брекчиевые. Структуры мелко- и крупнозернистые, часто из хорошо образованных друз крупных кристаллов.

К скарновым галенит-сфалеритовым месторождениям относятся Алтын-Топкан (рис. 31), Кургашинкан, Кансай и другие в Средней Азии, Дальнегорское и Николаевское в Приморье, Кызыл-Эспе, Аксоран и другие в Центральном Казахстане.

За рубежом месторождения данного типа распространены в США, Мексике, Аргентине, Швеции, Югославии, Китае, Японии. Они отличаются высоким содержанием свинца и цинка (3–18%) и крупными запасами (0,3–2 млн т). В капиталистических и развивающихся странах на их долю приходится 8% добычи свинцовых и 15% цинковых руд.

Рис. 31. Геологический разрез месторождения Алтын-Топкан:

1 – лавы андезитовых порфиритов; 2 – известняки; 3 – известняки и доломиты; 4 – метаморфизованные терригенные отложения; 5 – диабазовые порфириты; 6 – кварцевые порфириты; 7 – гранат-порфиры, 8–10 – гранодиорит-порфиры, 11 – гранодиориты; 12 – скарново-рудные тела; 13 – тектонические нарушения

Халькопиритовые скарновые месторождения локализуются в экзоконтактах гранитных интрузий, на границе их с известняками и известковистыми терригенными породами. Скарнированию подвергаются как вмещающие породы, так и гранитоиды. Промышленные рудные залежи размещаются обычно в зонах экзоскарнов на удалении в несколько сот метров от контактов с интрузиями. Среди скарнов различают гранатовые (андрадит-гроссуляровые), пироксен-гранатовые и пироксеновые (диопсид-геденбергитовые) разности. Медное оруденение имеет наложенный характер и формируется в заключительные этапы или непосредственно после окончания процесса складкообразования.

Главные породообразующие минералы послескарновых метасоматитов – эпидот, актинолит, кварц и кальцит. Главные рудные минералы – халькопирит, борнит, пирротин, магнетит, молибденит, кобальтин. В рудах они образуют неравномерную вкрапленность, прожилки, линзы и гнезда. Размеры зерен рудных минералов колеблются от сотых долей миллиметра до 5 мм.

Рудные залежи обычно имеют небольшие размеры (десятки, сотни метров по простиранию), сложную форму и характеризуются комплексным составом руд (Сu, Fe, Со, Mo, Bi, Sc).

Примерами месторождений этой формации в СССР являются месторождения Саякской группы в Северо-Восточном Прибалхашье, в Казахстане, Курутегерекское в Киргизии, Турьинской группы и Гумешевское на Урале. В промышленных концентрациях медь отмечается также в ряде скарново-магнетитовых месторождений (Высокогорском на Урале, Ирису, Соколовском и Сарбайском в Казахстане и др.), а также в скарновых шеелитовых месторождениях Средней Азии, Приморья и Якутии.

Из зарубежных скарновых халькопиритовых месторождений важное промышленное значение имеет месторождение Бисби в штате Аризона (США), где ежегодно добывают 70 тыс. т меди. Среднее содержание меди в рудах 1,5–3%. В добыче меди скарновые халькопиритовые месторождения имеют небольшое значение (2%).

Скарновые месторождения бора расположены в пределах древних щитов, срединных массивов, разновозрастных складчатых поясов от каледонских до альпийских, зон активизации областей завершенной складчатости.

Магнезиально-скарновые борные месторождения распространены преимущественно в докембрийских комплексах на щитах и срединных массивах. Они формируются в условиях абиссальной, реже гипабиссальной фаций. В условиях абиссальной фации они приурочены к магнезиальным скарнам и кальцифирам, образованным на контактах доломитов, магнезитов, доломитовых известняков с алюмосиликатными породами в зонах региональной гранитизации.

В условиях гипабиссальной фации они возникают в ореолах контактового метаморфизма гранитоидных интрузий среди магнезиальных карбонатных пород. Состав бороносных магнезиальных скарнов преимущественно шпинель-пироксен-форстерит-флогопитовый.

Известняково-скарновые месторождения бора распространены в структурах киммерийского и альпийского тектогенеза. Они образуются в условиях гипабиссальной фации по существенно кальциевым карбонатным породам как в непосредственной близости от гранитоидных интрузивов, так и в удалении от них (более 1 км). Скарны и скарноиды, содержащие борные руды, имеют преимущественно волластонит-пироксен-гранатовый состав. Рудные залежи бороносных скарнов характеризуются выдержанностью размеров и несложной формой. Размеры их по простиранию от нескольких сотен метров до 2 км, мощность от десятков до нескольких сотен метров. Форма рудных залежей пласто- и линзообразная.

Борная минерализация локализуется в слоистых скарноидах, в которых перемежаются тонкие слои известняков, сланцев, песчаников, эффузивов, туфов, аргиллитов и алевролитов. В магнезиальных скарнах накапливаются магниевые, железо-магниевые и кальций-магниевые бораты (людвигит, суанит, котоит, флюоборит, ашарит и др.), в известковых скарнах концентрируются боросиликаты – кальция – датолит, данбургит, аксинит и разнообразные кальциевые бораты (кальциоборит, сибирскит, коржинскит и др.).

Практическое значение известково- и магнезиально-скарновых месторождений бора примерно равнозначно. В известковых скарнах промышленные месторождения бора встречаются реже, чем в магнезиальных, но они отличаются значительными масштабами и высокими содержаниями в рудах борного ангидрида (6–12%). В магнезиальных скар­нах месторождения бора более многочисленны и технологические свойства их борных руд лучше, но строение этих месторождений более сложное и масштабы борного оруденения меньше, чем в известковых _v скарнах (десятки–сотни тысяч тонн).

Нередко борное оруденение встречается в скарновых железорудных, свинцово-цинковых, медных, вольфрамовых, молибденовых и висмутовых месторождениях, а также в гидротермальных оловянных месторождениях.

Скарновые месторождения широко распространены в ряде районов СССР (Урал, Казахстан, Средняя Азия, Кавказ, Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток), Китая и КНДР, известны также в США, Швеции, Франции и Румынии. Они имеют большое практическое значение, так как в них сосредоточено около 30% мировых промышленных запасов борного ангидрида.

Контрольные вопросы

1. Как подразделяются скарновые месторождения, их типоморфные минералы.

2. Условия формирования и характерные особенности скарновых месторождений.

3. Охарактеризуйте скарновые магнетитовые, молибденит-шеелитовые, галенит-

сфалеритовые и борные месторождения.