Эволюция пегматитов

Эмпирические закономерности в распределении пегматитовых полей докембрия находят свое теоретическое объяснение при петрологическом анализе эволюции пегматитообразования в строгой корреляции с энодогенными процессами метаморфических поясов, что было показано на примере Северо-Байкальской мусковитоносной пегматитовой провинции. Эта провинция по сравнению с другими пегматитовыми районами мира является классической, так как здесь проявлен полный цикл пегматитообразования — от момента зарождения кварц-полевошпатового вещества до его преобразования в пегматит и образования в нем мусковита и других минералов.

Петрохимическая или геохимическая эволюция пегматитов впервые была установлена А.Е. Ферсманом, а позднее дополнена и уточнена А.И. Гинзбургом. В истории пегматитового процесса редкометальных пегматитов им выделены следующие геохимические этапы: кальциево-натриевый, калиевый, литиевый, натриевый, поздний калиевый и поздний литиевый. Различная интенсивность проявления и смена одних этапов другими объясняются первичной концентрацией щелочей в расплаве, процессами ассимиляции вмещающих пород, миграцией Na2О и К2О и пульсацией магматического очага. При этом на первых трех этапах формирование пегматита происходит в стадию первичной кристаллизации (и частично перекристаллизации), в последующие три этапа — в стадию метасоматоза. Эта схема по своей логичности и стройности — большой шаг вперед; она была использована исследователями пегматитов для объяснения генезиса не только редкометальных, но и мусковитовых и мусковито-редкометальных пегматитов. Однако необходимо учесть, что различие пегматитов по металлогенической специализации определяется, во-первых, их геологоструктурным положением и, во-вторых, различием в термодинамических параметрах вмещающих их комплексов пород. Следовательно, разнотипность геохимической эволюции пегматитовых формаций заложена в их неодинаковом геодинамическом положении.

В соответствии с эволюцией метаморфических комплексов полный цикл пегматитообразования, который в природе наблюдается очень редко (Северо-Байкальская пегматитовая провинция, некоторые пегматитовые поля Индии) и обычно редуцирован, распадается на три этапа: доинверсионный, инверсионный и позднепослеинверсионный.

Доинверсионный этап. В этот период регионального метаморфизма происходит образование метаморфической зональности кианит-силлиманитового типа от серицит-хлоритовой до гранат-кианит-биотит-мусковитовой и силлиманит-альмандин-ортоклазовой субфаций. Повышение степени метаморфизма в метапелитах сопровождается уменьшением содержания Al2O3 и возрастанием содержания MgO и FeO1 что связано с образованием минералов небольшого удельного объема. Образование этих минералов, протекающее при всестороннем давлении при погружении пород на глубину, по-видимому, препятствует образованию расплавов. В этот период возникают кварц-плагиоклазовые пегматиты, имеющие диабластическую структуру, в которой сохраняются реликты кристаллизационной сланцеватости метаморфических пород (скиалиты, теневые структуры, гиганто-мигматит-пегматиты), т. е. происходит пегматизация при замещении метаморфических пород с сохранением объема (пегматиты I группы). На диаграмме составов (см. рисунок) средний химический состав пегматитов этого типа фиксируется точками а, б, в и лежит вне поля эвтектических составов.

Схема образования пегматитов I группы: Na — метасоматоз (порфиробластез) — гомогенизация порфиробластов — замещение порфиробластов кварцем (диабластез) — собирательная перекристаллизация (образование пегматоидных блоков, плагиоклазовых графических структурных разновидностей) — К-метасоматоз (слабой степени, способствующей мобилизации из вмещающих пород железо-магнезиальных компонентов, что фиксируется в образовании исключительно больших по объему зон биотитизации).

Таким образом, в условиях регионального метаморфизма умеренных и высоких давлений в доинверсионную стадию, по-видимому, невозможно образование расплавов, идущее с увеличением объема, а происходит метасоматическая порфиробластическая пегматитизация при волне натрового метасоматоза. Роль и значение натрового метасоматоза для процессов регионального метасоматоза подчеркивались А.А. Маракушевым. По-видимому, на основании полученных данных можно вполне обоснованно предположить, что волна натрового метасоматоза в формациях сиалического типа приводит к образованию диабластических кварц-плагиоклазовых пегматитов. Следует особо подчеркнуть, что пегматиты I группы в значительных объемах образуются только в пегматитовых провинциях монометаморфических областей и отсутствуют в пегматитовых провинциях полиметаморфических областей, что существенно отражается на их потенциальной мусковитоносности.

Инверсионный этап. Тенденция к восходящим движениям в пределах геосинклинали выражается в образовании куполовидных структур, а также большого количества разрывных нарушений. Метаморфизм этого периода вначале характеризуется теми же минеральными парагенезисами прогрессивной стадии, соответствующими ступени амфиболитовой фации, а в конце — переходом к регрессивной стадии — эпидот-амфиболитовой фации. В этих условиях понижения давления и увеличения объема в связи с переходом к послеинверсионному этапу развития в осевой зоне геосинклинали происходит образование больших масс палингенных гранитов, локализованных в куполовидных структурах.

Средняя точка составов этих гранитов (см. рисунок, 2) близка к тройному минимуму и лежит в анхиэвтектической области. Таким образом, дальнейшая эволюция пегмагитового материала приводит к появлению расплава. Качественные превращения этих гранитов определяет сущность формирования пегматитов II группы.

Преобразование гранитов идет в двух направлениях: первое — собирательная перекристаллизация с формированием пятнисто-сегрегационных и петельчато-сегрегационных структурных разновидностей пород пегматита с сохранением баланса вещества (см. рисунок, l); второе — метасоматическое преобразование при постепенном возрастании волны калиевого метасоматоза (см. рисунок, е, ж, з). Начальная стадия калиевого метасоматоза фиксируется средним составом блоковой структурной разновидности (см. е) и порфиробластическими гранитами (см. ж), конечная стадия — блоками графических структурных разновидностей (см. з). На последних этапах формирования пегматита наблюдается слабый натриевый метасоматоз с образованием незначительных по объему альбитов. Необходимо отметить, что образование структурных разновидностей пород пегматита происходит в системе, пересыщенной кварцем, и определяется типом срастаний кварц + полевой шпат.

Позднепослеинверсионный этап. На этом этапе происходил рудогенез пегматитовых тел (гидролиз полевых шпатов, образование мусковита, зон альбитизации и редкометальной минерализации, образование минералов — метасом); по своим термодинамическим параметрам он соответствует или регрессивной стадии регионального метаморфизма, или стадии авто- и аллометасоматоза интрузивных массивов (например, редкометальная минерализация редкометальных пегматитов).

Регрессивная ветвь регионального метаморфизма хотя и сопровождает каждый прогрессивный этап цикла регионального метаморфизма, но особенно четко проявляется после метаморфизма, связанного с высокоградиентным тепловым полем.

В пространственном отношении масштабы преобразования регрессивной стадии в метаморфических поясах имеют площадной и узколокальный характер. Особенно интенсивно регрессивные изменения минеральных парагенезисов происходят при смене пластических деформаций хрупкими после консолидации ультраметагенных гранитоидов в период интенсивного развития посткинематической трещиноватости заключительного этапа деформационного цикла. В физико-химическом аспекте регрессивная стадия может происходить при: а) снижении температуры и общем понижении давления с возрастанием парциального давления Н2О, при T-const (стадия гидролиза полевых шпатов), с последующим понижением температуры и давления (стадия кислотного выщелачивания, например мусковитообразование в пегматитах Нью-Мексико и Северо-Байкальской пегматитовой провинции); б) незначительном снижении давления при T-Const; в) уменьшении температуры и давления при диафторическом типе пегматитообразующего цикла метаморфизма; при этом резкий перепад парциального давления Н2О не создает условий для гидролиза полевых шпатов (Олекмо-Становая провинция); г) снижении температуры при сохранении величины давления, когда создаются благоприятные условия для возрастания степени «редкометальности» пегматитов.

Таким образом, выявляется чрезвычайно важное и принципиальное обстоятельство — синхронность процессов пегматитообразования, регионального метаморфизма и структурного развития пегматитовмещающих комплексов пород. Так, на доинверсионном этапе при возрастании давления прогрессивного метаморфизма высокотемпературный аллометасоматоз приводит к возникновению типичных ортометаморфических пегматитов; с наступлением инверсионного этапа давление резко уменьшается при повышении температуры, что приводит к образованию анатектических перемещенных гранитов, наконец, на заключительном поздчепослеинверсионном этапе в регрессивную стадию метаморфизма (стадии раннещелочная, кислотного выщелачивания, позднещелочная) протекает главный этап пегматитообразования, включающий перекристаллизацию и метасоматоз ранее сформированных пегматитовых тел, гранитов и метаморфических пород.