Роль и механизм процессов перекристаллизации в образовании пегматитов

Оглавление

Введение

Месторождение пегматитов до сих пор  разрабатываются, как источник высококачественного  сырья для производства керамики и радиоэлектроники, а также в  качестве месторождений некоторых  редких элементов. Среди природных образований нет равных пегматитам источников хорошо оформленных крупных кристаллов различных минералов.

Пегматиты и находящиеся в них  полезные ископаемые принадлежат к  самостоятельной группе позднемагматических  образований, формировавшихся на самых завершающих ступенях отвердевания интрузивных массивов и располагающихся близ их кровли. Они связаны с родоначальными интрузивами тождественностью состава, но отличаются от них меньшими размерами, жилообразной и гнездообразной формой, зональным внутренним строением, неравномерностью размеров зерен, крупными кристаллами части слагающих их минералов и наличием продуктов метасоматической переработки первичных минеральных ассоциаций магматического происхождения.

Пегматиты свойственны глубинным  изверженным породам любого состава, однако среди них преобладают гранитные пегматиты, реже встречаются щелочные и еще реже основные и ультраосновные пегматиты.

Едва ли можно найти в геологии проблему, которая до сих пор вызывала бы столько различных толкований, как образование пегматитов. В разное время в геологической литературе были высказаны как советскими, так и зарубежными учеными различные гипотезы о генезисе пегматитов.

Процессы перекристаллизации в образовании пегматитов и их роль

Явления перекристаллизации агрегатов, т. е. роста одних индивидов данного минерального вида в растворах за счет вещества других индивидов того же вида, в теоретическом плане рассмотрены Д. П. Григорьевым (1961). Напомним, что причиной такого процесса служит стремление к уменьшению поверхностной энергии вещества путем увеличения размера кристаллов (принцип Кюри). Различие в поверхностной энергии вызывает неодинаковую степень растворимости больших и малых кристаллов. Поэтому "в присутствии растворителя крупные кристаллы будут расти в насыщенном по отношению к ним растворе, а для соседних мелких кристаллов раствор окажется ненасыщенным и они будут растворяться.

По  аналогии с этим без должных оснований предполагается, что перекристаллизация возможна и для полиминеральных агрегатов в растворах, равновесных со средним составом участвующих в перекристаллизации минералов. По-разному объясняя причины возникновения таких растворов в системе, А. Н. Заварицкий и Д. С. Коржин-ский приходят к выводу, что они могут вызвать одновременную перекристаллизацию полевых шпатов и кварца. Однако, по нашему мнению, такие растворы не являются насыщенными по отношению к каждому из этих минералов, т. е. не удовлетворяют главному условию процесса перекристаллизации, и последняя просто не может осуществляться. Более того, кварц в щелочном растворе, необходимом для перекристаллизации, например, плагиоклаза, неустойчив и будет растворяться. Вспомним альбитизацию, при которой кварц из пегматита выносится. Очень показательно, что по соседству с зоной альбитизации в графическом микроклиновом пегматите образуются пустоты, полностью отвечающие по форме очертанию исчезнувших ихтиоглиптов кварца.

Растворы, возникающие при кристаллизации магматических систем и предшествующие им, в настоящее время довольно хорошо изучены. Они по своему составу не соответствуют тем, о которых говорит А. Н. Заварицкий (т. е. отвечающих составу гранитов).

Известно, что в начале тектоно-магматического цикла на стадии регионального метаморфизма появляются растворы, богатые водой и углекислотой. Они участвуют в раскристаллизации осадочных пород на фоне повышения температуры и оказывают на них изохимическое воздействие. Многие исследователи горных пород расходятся во мнениях относительно процессов образования мигматитов и гранитов-анатектитов, однако существует представление о том, что оно связано с движением растворов-флюидов (трансмагматических или другого происхождения), богатых водой и (в разное время и в разных условиях) калием, натрием, фтором и другими легколетучими компонентами. Они определяют метасоматические процессы: фельдшпатизацию, грейзенизацию, окварцевание, а также существенно влияют на ход магматических процессов.

В толщах плагиоклазовых метаморфических пород, в которых располагаются слюдоносные пегматиты, первоначально возникают растворы, богатые NaOH; они обусловливают натриевый метасоматоз с образованием крупных порфиробласт плагиоклаза во вмещающих породах, аплитах и мелкозернистых пегматитах. Эти растворы являются аллометасоматическими.

В Мамском слюдоносном районе на позднемагматическом этапе развиваются плагиоклаз-микроклиновые пегматиты, в формировании которых заметную роль играют процессы: калиевого метасоматоза по раннему плагиоклазу, гидролиза полевых шпатов с образованием кварц-мусковитовой ассоциации, а также кварцевого метасоматоза, являющиеся уже, по-видимому, автометасоматическими (Г. Г. Родионов, 1977., В. В. Гордиенко и др., 1976). Во вмещающих метаморфических породах они выражаются в мусковитизации, окварцевании, реже микроклинизации гнейсов, наиболее заметных только близ контактов пегматитовых тел. Повышенное количество летучих компонентов в автометасоматических растворах обусловливает появление в гнейсах также турмалина, апатита и других минералов.

Процессы, связанные с постмагматическими растворами, в слюдоносных районах резко «приглушены» и не имеют никакого отношения к перекристаллизации. Изредка они проявляются в слабой альбитизации пегматитов и в образовании светлоокрашенного мусковита в ассоциации с апатитом и бериллом (грейзенизация). В редкометалльных пегматитах альбитизация и грейзенизация развиты весьма широко; с ними связано наличие в рудных телах многих редких металлов. В слюдоносных же пегматитах постмагматический этап практически выпадает.

Геологи, стоящие на позициях метаморфического генезиса пегматитов, полагают, что в метасоматическом преобразовании пегматитов принимают участие все те же щелочные растворы — натриевые или калиевые, а также нейтральные, вызывающие формирование кварц-мусковитовой ассоциации, затем кремниевый метасоматоз и альбитизацию. Перекристаллизацию пегматитов они вызвать не могут.

Таким образом, достаточно хорошо известен комплекс растворов, связанных с региональным метаморфизмом и гранитообразованием, известен и характер их воздействия на вмещающие породы и граниты. Как видим, в их перечне нет места для растворов, способных вызвать в последних перекристаллизацию. Существование таких растворов нельзя было бы не заметить. Оказывая мощное воздействие на преобразование пегматитов, они должны были бы существенно изменить и вмещающие породы, с которыми они неравновесны. Однако последние сохраняют вид, возникший при региональном метаморфизме.

Не  только вопрос о наличии растворов, способных произвести превращение гранитов в пегматиты, вызывает сомнение. Оно возникает также при анализе общеизвестного зонального строения пегматитовых тел. Зададимся вопросом — как произошло образование их кварцевого ядра с точки зрения рассматриваемой теории? Очевидно, не сразу. Оно должно возникнуть на месте гранита путем смены продуктов нескольких этапов перекристаллизации: образования мелкозернистых пегматитов, затем пегматитов графической и блоковой структур.

Весь  ход предполагаемых преобразований гранитов в пегматиты, по В. Д. Никитину (1952), выглядит так: в тело гранитов по его осевой линии проникли растворы и произвели перекристаллизацию, охватившую весь его объем. И только у контактов остались узкие зоны неизмененных гранитов. Появившиеся в результате этого изменения мелкозернистые пегматиты на втором этапе в свою очередь преобразовались в графические пегматиты. Затем на следующих этапах образовались пегматиты пегматоидной структуры и, наконец, кварцевое ядро. При этом на каждом новом этапе зона преобразований сужалась, и в результате продукты предыдущих этапов сохранились в виде смены соответствующих зон пегматитов. Центральная зона кварца венчала ход преобразований. Перекристаллизация, таким образом, оказалась избирательной.

Кроме того, процесс перекристаллизации в каждой зоне был весьма своеобразен: в первой из них — мелкозернистых пегматитов — он произвел только увеличение размеров зерен разноориентированных минералов гранита, во второй вызвал появление закономерно ориентированных и сросшихся кристаллов микроклина и кварца (по законам, установленным А. Е. Ферсманом); в зоне полевых шпатов микроклин освободился от кварцевых вростков, очевидно, путем экстракции кварца без перестройки кристаллов самого микроклина.

Таким образом, рассматриваемый процесс  на примере конкретного строения пегматитовых тел должен подразумевать явления, далекие от простой перекристаллизации.

К сожалению, учение о перекристаллизации применительно к процессу образования пегматитов в современном виде носит характер конечной истины. Сама возможность перекристаллизации трехкомпонентной минеральной ассоциации гранитов бездоказательна и принимается на веру как догма. Термин «перекристаллизация» у последователей этого учения стал всеобъемлющим, определяющим и способ роста зерен породообразующих минералов, и образование таких удивительных кристаллических построек, как индивиды полевого шпата с ихтиоглиптами кварца; и сегрегацию минералов, при которой полевой шпат и кварц образуют отдельные мощные мономинеральные зоны пегматитовых тел. На наш взгляд, все это многообразие нельзя объяснить только благодаря различию в поверхностном натяжении крупных и мелких кристаллов по принципу Кюри.

Заключение

Известно, что однокомпонентная порода может перекристаллизовываться в насыщенных растворах в тех условиях, когда ее мелкие кристаллы будут растворяться, а крупные — расти (принцип Кюри).  Но как в таком случае могут одновременно расти, например, полевой шпат и кварц, слагающие гранит? Для первого необходимы насыщенные щелочные растворы, для второго — кислые. При перекристаллизации полевого шпата в щелочной среде кварц будет растворяться — вспомним альбитизацию пегматитов и ее последствия для кварца. Без решения этого основного вопроса гипотеза перекристаллизации не находит теоретического обоснования. Впрочем, в последних работах заметен переход на новые позиции, согласно которым полевой шпат и кварц перекристаллизовываются не одновременно, а в разное время. Но это уже не перекристаллизация, а метасоматоз. Ведь увеличиваясь в размерах, кристаллы полевого шпата должны замещать соседние кристаллы кварца, а кварц, в свою очередь, ранее выросшие кристаллы полевого шпата.

Таким образом, рассматриваемая гипотеза развития пегматитов в том виде, в каком она представлена в литературе, полна внутренних противоречий и непоследовательна. Она подлежит существенной теоретической переработке и экспериментальному обоснованию, или же от нее следует отказаться.

Роль же процессов перекристаллизации определяет и способ роста зерен породообразующих минералов, и образование таких удивительных кристаллических построек, как индивиды полевого шпата с ихтиоглиптами кварца; и сегрегацию минералов, при которой полевой шпат и кварц образуют отдельные мощные мономинеральные зоны пегматитовых тел. Так же при перекристаллизации помимо кварца и калиевого полевого шпата при гидролизе последнего формируется мусковит, ценный минерал пегматитов этого типа. 

Список использованной литературы

1. Родионов Г.Г.   Процессы кристаллизации при образовании пегматитов //Отечественная геология. М., 1993, т.10. С. 68-71.
2. Родионов Г.Г.  Основные черты генезиса пегматитов // Отечественная геология. М., 1995, т.8. С. 51-60.
3. Смирнов В.И. Геологий полезных ископаемых изд. 3. М.: Недра, 1976.