Магнезиальные скарны
Магнезиальные скарны, как особый тип метасоматитов, были выделены в 1953 г. Д.С. Коржинским.
Магнезиальные скарны – это шпинель-форстерит-клинопироксеновые породы с большим количеством второстепенных и акцессорных минералов. Часть магнезиальных скарнов формируется на магматической стадии, часть является постмагматическими образованиями. Скарны магматической стадии образуются при взаимодействии магнезиальных карбонатных пород с растворами, которые отделяются от магмы до завершения ее кристаллизации или циркулируют в это время во вмещающих породах. Формирование скарнов до полного затвердевания магматического расплава доказывается отсутствием эндоскарнов, появлением апофиз неизменных магматических пород, пересекающих метасоматиты, а также наличием ксенолитов магнезиальных скарнов в эндоконтактовых частях интрузивных массивов.
Исходные породы. Магнезиальные скарны образуются по доломитам и магнезитам. Содержания MgO в карбонатных породах, достаточные для образования магнезиальных скарнов, составляют 12-13 мас.. На постмагматической стадии магнезиальные скарны могут формироваться, кроме того, по гранитам, гранито-гнейсам и мигматитам, которые соприкасаются с Mg-содержащими карбонатными породами.
Условия залегания метасоматитов. Магнезиальные скарны встречаются в двух геологических обстановках: 1) в глубинных гранито-гнейсовых комплексах древних щитов; 2) вблизи контактов интрузивов гранитоидов, реже сиенитов, габброидов и даже ультраосновных пород. Наиболее полно скарнообразование проявлено в связи с гранитоидным магматизмом. Магнезиальные скарны формируются на всех уровнях глубинности, за исключением приповерхностных. В абиссальных условиях они образуют пластовые и линзовидные тела, мощность которых достигает нескольких сотен метров при протяженности до 1.0 – 1.5 км. Пластовые тела приурочены к горизонтам доломитов и залегают согласно с вмещающими породами. В экзоконтактовых зонах интрузивов магнезиальные скарны встречаются в виде крутопадающих столбов, трубчатых тел, жил, а также образуют фронтальные залежи причудливой формы.
Мощность тел варьирует от десятков сантиметров и первых метров до 100 м. Отдельные столбообразные тела прослежены на глубину до 800 м.
Минеральный состав. Главными минералами скарнов магматической стадии являются форстерит, шпинель, клинопипоксены (диопсид или фассаит), кальцит и реже доломит. В глубинных условиях к этим минералам добавляются энстатит и гиперстен. На малых глубинах появляются монтичеллит, мервинит и периклаз, а форстерит и кальцит исчезают.
Второстепенные и акцессорные минералы в скарнах представлены магнетитом, апатитом, а в околоскарновых породах – сфеном.
Из наиболее поздних новообразований в магнезиальных скарнах наблюдаются флогопит, амфиболы, бораты, сульфиды и другие наложенные минералы.
Разновидности магнезиальных скарнов выделяются по минеральному составу. Наиболее широко развиты форстеритовые, шпинель-форстеритовые, пироксеновые и шпинель-пироксеновые скарны. Вблизи неизменных карбонатных пород образуются кальцифиры, состоящие из карбонатов, форстерита, количество которого обычно не превышает 30 об., и шпинели (менее 10). Околоскарновые породы содержат плагиоклаз, количество которого достигает 40-60 об.
Форстерит, содержащий менее 5 мол. Fe2SiO4, является типичным минералом кальцифиров; в форстеритовых скарнах железистость возрастает до 10–15 мол.
Доломит встречается только в кальцифирах; в пироксенсодержащих породах он неустойчив и замещается кальцитом.
Шпинель в кальцифирах представлена зеленой, реже розовой и желтой разновидностями, содержащими от 5 до 20 мол. герцинитовой составляющей. В пироксеновых скарнах железистость минерала возрастает до 20-40 мол.. Шпинель распространена неравномерно.
Клинопироксены относятся к фассаиту или диопсиду, между которыми устанавливаются постепенные переходы. Железистость обоих минералов близка и составляет 2-7. В околоскарновых породах железистость клинопироксена возрастает до 30-40. Содержание глинозема в диопсиде составляет 1-2 мас., а в фассаите увеличивается до 4-9, иногда до 15-16 мас.
Ортопироксен скарнов представлен энстатитом, содержащим менее 15 ферросилитовой молекулы. В околоскарновых породах более типичен гиперстен, содержащий до 45 мол. Fe2SiO3. В околоскарновых породах иногда появляется основной плагиоклаз (An50-100), реже андезин (An40-49) в ассоциации с K-Na полевым шпатом.
Магнезиальные скарны постмагматической стадии отличаются от скарнов магматической стадии меньшим количеством шпинели, большей ролью кальцита, повышенной железистостью цветных минералов.
Химический состав. По сравнению с исходными карбонатными породами в магнезиальных скарнах магматической стадии увеличивается содержание Al и Si, причем накопление Si закономерно связано с нарастанием интенсивности метасоматизма. Mg испытывает локальное перераспределение, накапливаясь в форстеритовых скарнах.
В постмагматических экзоскарнах происходит накопление Si и Fe, частичный вынос Mg и Ca при незначительной миграции глинозема, а в эндоскарнах, наоборот, накопление Mg и Ca, при уменьшении содержания Si.
Внешний облик. Форстеритовые и пироксеновые скарны окрашены в зеленый или темно зеленовато-серый цвета; кальцифиры – от породы белого цвета. Структура магнезиальных скарнов варьируется от тонкодо крупнозернистой. Тонкокристаллические породы имеют роговиковый облик. Текстура скарнов массивная, пятнистая, а кальцифиров и форстеритовых скарнов – полосчатая, обусловленная цепочечным расположением темноцветных минералов и шпинели в карбонатной массе.
Микроструктуры гранобластовая и гетеробластовая. Во всех разновидностях скарнов проявляется метасоматический характер минералообразования, выраженный в развитии псевдоморфоз по первичным минералам или их агрегатам.
Стадийность и зональность метасоматитов. Магнезиальные сканы характеризуются устойчивой и четко выраженной зональностью. По данным В.А. Жарикова 1986 и Л.И. Шабынина 1973, для магнезиальных скарнов больших глубин типична следующая метасоматическая колонка:
0. Доломит
1. Кальцифир: Фо + Шп +Ка +До
2. Шпинель-форстеритовый скарн: Фо + Шп + Ка
3. Шпинель-пироксеновый скарн: Пи + Шп + Ка
4. Пироксен-плагиоклазовая порода: Пи + Пл
0. Алюмосиликатная порода (гранит, гнейс)
Для умеренных глубин характерны колонки несколько иного типа:
0. Доломит
1. Кальцифир: Фо + Шп + Ка + Пер
2. Форстеритовый скарн: Фо + Шп +Ка
3. Пироксеновый скарн: Пи + Шп + Ка
0. Гранит
0. Доломитовый мрамор
1. Кальцит-периклазовый мрамор: Ка + Пер
2. Шпинель-форстеритовый кальцифир: Шп + Фо + Ка + Пер
3. Шпинель-форстеритовый скарн или кальцифир: Шп + Фо + Ка
4. Шпинель-форстерит-пироксеновый скарн: Шп + Фо + Пи
5. Шпинель-пироксеновый скарн: Шп + Пи
6. Пироксен-плагиоклазовая околоскарновая порода: Пи + Пл
0. Гранитоид, гнейс
В малоглубинных условиях шпинель-форстеритовая и кальцит-периклазовая зоны отсутствуют. Вместо форстерита в ассоциациях со шпинелью появляется монтичеллит, а вместо кальцита – периклаз. При повышении температуры шпинель и монтичеллит замещаются геленитом.
Зональность магнезиальных скарнов магматической стадии часто затушевана более поздними процессами, связанными с просачиванием послемагматических растворов. В преобразованных этими растворами магнезиальных скарнах появляются минералы из группы гумита, флогопит, паргасит, сине-зеленая роговая обманка и скаполит. При этом в шпинель-форстеритовых скарнах развивается флогопит-клиногумитовая ассоциация; шпинель-фассаитовые скарны замещаются флогопитовыми и паргасит-флогопитовыми породами, а околоскарновые пироксен-плагиоклазовые породы преобразуются в амфибол-скаполитовые метасоматиты с флогопитом.
В дальнейшем в измененных скарнах возникает комплекс низкотемпературных минералов (тремолит, актинолит, амезит, серпентин, тальк и брусит), представляющих специфическую пропилитовую ассоциацию, которая интенсивно замещает минералы постмагматической стадии и реликтовые минералы магнезиальных скарнов.
Еще более поздние наложенные минеральные парагенезисы в скарнах связаны с воздействием кислотных растворов, приводящих к образованию слюдитов и березитов.
Формирование скарновых месторождений связано с процессами кальциевого и магниевого метасоматоза, протекающего на контактах кислых и умеренно-кислых гранитоидов (граниты, гранодиориты, сиениты) с вмещающими их карбонатными, реже силикатными породами. Оптимальных диапазон глубин составляет 500-2000 м. Температуры их образования, по мнению большинства исследователей, изменяются в широких пределах – от 900 до 250 С. Процесс развивается в несколько стадий, в течение которых агрегатное состояние растворов меняется – и из пневматолитовых они становятся типичными гидротермальными.
Месторождения магнезиальных скарнов формируются при замещении доломитов и доломитизированных известняков. Типоморфными минералами магнезиальных скарнов являются диопсид, форстерит, шпинель, флогопит, серпентин, магнетит, людвигит, доломит, кальцит. Рудные тела представлены линзами, пластообразными и сложными залежами. Характерно их зональное строение. Наибольшее промышленное значение имеют людвигит-магнетитовые, флогопитовые и хритзотил-асбестовые месторождения.