Околорудные метасоматиты (стр. 4 )

В связи с этим, как установил наш крупнейший специалист в этой области , законы классической термодинамики применимы только к идеализированным природным моделям. Эта идеализация, которую впервые предложил в середине прошлого века, позволила ему по-новому представить закономерности протекания метасоматических процессов, выявить и объяснить ряд их важнейших особенностей.

Теория метасоматических процессов, разработанная , его сотрудниками и последователями, явившаяся крупнейшим шагом в их понимании, однако в своем практическом применении, возможности которого она, казалось, открывает, как выясняется, встречает большие трудности.

Физико-химическая теория преимущественно инфильтрационного метасоматоза разработана при следующих основных допущениях.

1.  Система пор и микротрещин в замещаемой породе является густой и равномерной, поэтому каждое элементарное зерно этой породы как бы омывается раствором со всех сторон. Разумеется, в природе такого не бывает.

2.  Поры и микротрещины с раствором, вызывающем метасоматоз, являются очень тонкими, поэтому масса компонентов, находящихся в поровом растворе, не значительна по сравнению с массой компонентов самой замещаемой породы, в которой раствор циркулирует. Так оно и есть.

3.  Пористость, температура и давление при метасоматозе не изменяются. Этого в природных процессах тоже не бывает.

4.  Объем породы при замещении не изменяется. Это явление при метасоматических процессах в целом действительно наблюдается.

5.  В каждом элементарном участке породы эта порода находится в химическом равновесии с находящемся в ней поровым раствором.

Последнее допущение, являющееся важнейшим, конечно, в природных процессах не проявляется. Оно тесно связано с рядом предыдущих положений и заслуживает особого пояснения.

В общем, равновесные системы - это системы, в которых произошли все возможные для нее естественные процессы и в дальнейшем все самопроизвольные процессы в ней не возможны.

Показательным примером состояния химического равновесия является взаимодействие концентрированного раствора соли в воде с уже не растворяемым ее твердым осадком, находящимся в равновесии со своим раствором.

Для возможности применения важнейшего для метасоматических процессов физико-химического положения о соотношении числа присутствующих в равновесной системе химических компонентов раствора и числа присутствующих в равновесии с этим раствором твердых фаз-минералов – так называемого «правила фаз Гиббса». ввел следующий ряд входящих в него понятий.

1.  Химические компоненты системы делятся на две группы. Инертные компоненты (Ки) – это компоненты, входящие в состав самой исходной породы. Масса этих компонентов, как и исходной породы, - очень большая, и она является фактором равновесия этой породы и ее порового раствора. Подвижные компоненты (Кп), или по Коржинскому «вполне подвижные», - это компоненты втекающего порового раствора. Факторами равновесия с породой для них являются их концентрации в поровом растворе. Их концентрации определяются внешними для этой системы причинами и являются для нее независимыми параметрами. Общее число компонентов системы (К) будет равно сумме числа инертных и числа подвижных компонентов:

(1)

2.  Число сосуществующих фаз системы. В общем, фазами термодинамической системы называются ее однородные части, между которыми существуют поверхности раздела, то есть такие тела, которые принципиально могут быть отделены друг от друга. Это отдельные зерна минералов, поровый раствор, газ, магма.

В рассматриваемых процессах «число сосуществующих фаз» системы (Ф) – это число ее минералов, размер выделений которых позволяет отделить их механическим путем. Например, после измельчения породы в тонкий порошок зерна отдельных минеральных фаз должны иметь размеры, позволяющие разделить их под бинокулярным микроскопом при помощи иглы или другим путем. Другой случай – субмикроскопические выделения самородного золота, присутствующие в пирите, но не видимые в аншлифах даже при максимальном увеличении микроскопа, эти выделения золота фазами не являются.

3.  «Число степеней свободы системы» - «n». Это число взаимонезависимых параметров системы. Так для подвижных компонентов число степеней свободы равно концентрациям каждого из них в растворе (Кп) плюс еще два независимых параметра – температура и давление:

(2)

После введения этих понятий взял термодинамическое «Правило фаз Гиббса» n = К + 2 – Ф, преобразовал его в Ф = К + 2 – n и подставил значения К и n в соответствии с (1) и (2). Получилось, что Ф = Кп + Ки + 2 – Кп – 2. После сокращения получим формулу числа фаз-минералов:

, (3)

то есть число фаз-минералов в метасоматической системе определяется только числом инертных компонентов. Эту весьма важную формулу (3) было бы целесообразным назвать «формулой Коржинского». Из этой формулы следует, что наличие и количество подвижных компонентов в системе, в противоположность инертным компонентам, не влияет на число присутствующих в системе равновесно сосуществующих фаз (минералов). Как отмечает , это положение вошло в науку под названием «Минералогического правила фаз Коржинского». Физико-химическая теория метасоматоза имеет большое значение, так как позволяет сделать следующие весьма важные для понимания природных метасоматических процессов выводы.

1.  Так как присутствие в метасоматитах минералов зависит только от числа инертных компонентов, то при переходе компонента из инертного в подвижное состояние его минерал сразу должен растворяться – исчезать. Это явление подтверждается наличием при полном развитии метасоматоза четких метасоматических зон, на контактах которых число минералов в них убывает на единицу. Процессы замещения осуществляются только на границах метасоматических зон и выражаются в замещении минералов минералами другого состава.

2.  Внутри каждой метасоматической зоны состав ее минералов является постоянным.

3.  По мере просачивания раствора происходит разрастание метасоматических зон данной метасоматической колонны.

4.  В передней по течению раствора и развитию метасоматоза зоне состав раствора «приспосабливается» к составу вмещающей исходной породы.

5.  В последней зоне состав породы полностью изменяется, и образуется новая порода – метасоматит, состав которой является близким к составу раствора, все компоненты которого были подвижными.

6.  В средних зонах часть компонентов являются инертными, а часть подвижными, причем число подвижных компонентов к тыльным частям зон – растет и число инертных на границе зон убывает на единицу.

7.  По мере просачивания растворов происходит лишь пропорциональное разрастание зон метасоматической колонки без изменения их состава и строения.

8.  Развитие всех метасоматических зон данной метасоматической колонны и формирование их минерального состава происходит практически одновременно в одну стадию соответствующего гидротермально-метасоматического процесса. В этом проявляется выявленное существенное различие метасоматической зональности от многостадийного развития крустификационно-полосчатого кристаллического выполнения гидротермальных жил

Подводя итог нашего несколько упрощенного рассмотрения разработанной и его последователями вышеописанной теории развития метасоматических процессов, нужно сказать, что, к сожалению, в реальных природных условиях описанные ею закономерности развития метасоматоза, образования метасоматических зон обычно проявляются не четко. Причиной этого являются вышеуказанные отличия идеальных условий развития метасоматоза от реальных природных условий.

3.  Источники метасоматических растворов

Определяющую роль в проявлении конкретных метасоматических, в том числе рудно-метасоматических процессов играют составы и термодинамические условия воздействующих растворов, связанные с вопросом об их источниках

Данный вопрос является наиболее сложным и, в целом, еще не выясненным.

Для формирования интересующих нас метасоматитов, с которыми в той или иной степени связаны рудообразующие процессы, по мнению большинства геологов, основными являются так называемые «послемагматические растворы».

Этот термин отражает как наличие связи таких растворов с магматическими очагами, так и их образование в послемагматическую стадию, когда от кристаллизующейся магмы разного состава отделяются и устремляются вверх постепенно остывающие газово-жидкие, в основном водные растворы тоже различного состава, с которыми, по этой точке зрения, непосредственно связывается проявление метасоматических процессов.

Еще более распространенным является другое понятие – «гидротермальные растворы» («горячеводные растворы»), которые давно, но все более неоднозначно рассматриваются в качестве источников широкого проявления метасоматических и прежде всего - рудообразующих процессов

Во все времена и, особенно, в последние годы в число источников вещества, поступающего в гидротермальные растворы, включаются воды совершенно разного происхождения. Этому способствуют новые методы выявления разных источников вод, поступающих в гидротермы. Это, прежде всего воды, отделяющиеся от глубинных магматических очагов – послемагматические воды; просачивающиеся на большие глубины воды поверхностного происхождения («вадозные воды»); воды, захороненные в осадочных породах, в том числе высокоминерализованные воды морских осадков; воды, высвобождающиеся при метаморфизме пород и др.

Среди методов, позволяющих выяснить долю вод различного происхождения, поступающих в гидротермы, являются прежде всего анализы различных соотношений в них изотопов таких элементов, как H, C, O, S и др.

В основном с гидротермальными растворами связывал широкое проявление важнейшего инфильтрационного метасоматоза . Для этих растворов и образуемых ими метасоматитов характерной является обычно четко подтверждаемая практическими наблюдениями пространственно-генетическая (парагенетическая) связь с очагами, выходящих на поверхность или глубинных интрузий, состав которых отражается в составе этих растворов. Для рудоносных метасоматитов эта связь подтверждается длительным опытом изучения соответствующих месторождений.