Скарнови (контактно-метасоматични) отлагания

Скарновите находища са тези, които се образуват от рудосъдържащи разтвори в резултат на процеси на метасоматизъм в зоната на контакт на карбонатни скали с интрузивни магмени силикатни скали. Трябва да се отбележи, че депозити от други генетични типове често се наричат скарни, например хидротермални находища, възникващи в контактната зона на магмени скали, проникнали в карбонатни слоеве и имащи комплекс от минерали на контактен метасоматизъм .

Промишленото значениена скарновите находища се определя от факта, че в скарновите находища са известни находища на почти всички метали, с изключение на Cr, Sb, Hg. Най-голямо промишлено значение имат: във варовити скарни - Fe, Co, Cu, Pt, W, Mo, Pb-Zn, Au, Sn, Be, Nb, U; в магнезиеви скарни – Б, флогопит. Например скарнови находища на желязо (Магнитная, Благодат, Соколовское, Сарбайское), мед (Туринское) са широко разработени в Урал, оловно-цинкова минерализация (Тетюхе) в Далечния изток и находища на волфрам и молибден в Кавказ и Централна Азия. Повечето от находищата са средни и малки, но има големи и много големи обекти.

Геоложки характеристики. Скарновите находища се образуват в нагънати области, по-рядко на платформи. Рудните скарни са свързани с интрузии с умерено кисел (гранити) или среден (гранодиорити, кварцови диорити, монцонити) състав. Скарните не се образуват в контактите на ултраосновните интрузии.

Дълбочините на образуване са от 0,5 до 1,5-2 km. На тези плитки дълбочини вътрешното налягане на летливите вещества е в състояние да преодолее външното налягане на скалите. Скарните са свързани с хипабисални интрузии (фиг. 37). Те се образуват от двете страни на контактната линия, както вътре в интрузивни скали (ендоскарни), така и във вместващи карбонатни скали.(екзоскарн). Оптималната скарнова зона е 200-300 m по контакта (фиг. 38). Понякога отлаганията могат да бъдат локализирани на разстояние до 1-2 км от контакта. Образуването на отлагания става със значителна роля на прекъснати разломи, които прекъсват контакта или преминават по него.

Геоложките структури на находищата и формите на рудните теласе определят от контактната повърхност, наслояването на вместващите скали, гънките и разкъсванията. Рудните тела често имат неправилна форма, подчинена на формата на контакт (виж фиг. 37). Най-интензивен е процесът при нежния контакт на интрузията. Разпространени са стратифицирани и стратифицирани рудни тела, щокове, тръби, вени и веноподобни находища, гнезда, лещи, находища със сложна форма.

Минерален състав на скарните. Споредминералния съставскарните са калциево-силикатни скали, съдържащи карбонати и силикати на Ca, Fe, Al.

Депозитите на Skarn са типизирани според различни характеристики:

- по състав (варовити, магнезиеви, силикатни);

- по етапи на процеса: прости ранни етапи (Fe), сложни късни етапи (полиметални);

- по образувания на изпитателни магмени скали: плагиогранит, сиенит (Cu, Fe), гранит (W), диорит (полиметали, Fe);

- според позицията спрямо контакта: ендо-, екзоскарн;

- според състава на минералите - Fe, W, Cu, Pb- Zn, Mo, Sn, B и др.

железнинаходища са свързани със запаси от диорити и ефузивни скали със среден състав; основната минерализация е в ендоскарните (планината Благодат, Сарбай в Башкирия, Империя в Канада).Волфрамът и молибденътса свързани с порфирови гранодиорити, кварцови монцонити. Това са лежащи тела във варовикови скарни (Sangdong в Южна Корея).Медсвързан с алкални гранодиорити и кварцови монцонити; най-големите находища са в порфирни медни плутони заедно с хидротермални порфирни медни находища (Саяк 1 в Казахстан).Оловно-цинковатаминерализация се среща в екзоскарни в зони на разломи. Калайена минерализация - във вулкано-плутонични комплекси със среден киселинен състав.

Като генетични подтипове на скарнови отлагания по-често се разграничават:

- варовикови скарни (заместители на варовик), съдържащи гранат (гросулар-андрадит), пироксени (диопсид-хеденбергит), воластонит, скаполит, амфиболи, епидот, хлорити, магнетит, хематит, кварц, метални сулфиди, калцит, флуорит, шеелит (например скарни от град Магнитная);

- магнезиеви скарни (заместители на доломити или доломитни варовици), съдържащи диопсид-хеденбергит (пироксени), гранати (андрадит-гросулар), форстерит, серпентин, амфиболи, флогопит, шпинел, магнетит, доломит, калцит, метални сулфиди;

- силикатни скарни (заместители на силикатни скали), включително скаполит като характерен минерал, иначе те са близки до варовити скарни.

Според преобладаването на типичните минерали скарните се делят на гранат, воластонит, диопсид и др.

Скарните се характеризират със зоналност в разпространението на минералните асоциации. Във варовиковите скарнове се разграничават следните зони: 1 - непроменени или избистрени гранитоиди, 2 - гранатови ендоскарни с епидот, 3 - пироксен-гранатови екзоскарни, 4 - гранат-пироксен-епидотни скарнове, 5 - мраморизирани и непроменени варовици.

За магнезиевите скарнове зонирането е както следва: 1 - гранитоид, 2 - пироксен-фелдшпатова близка до скарнова скала, 3 - шпинел-пироксенов скарн, 4 - шпинел-форстерит скарн, 5 -мрамор, 6 - доломит мрамор.

Физико-химични условия на образуване и генезис. Когато гореща магма (1200-1000 0 ) се въведе в относително студени скали, се образуват нови минерални форми. Това е контактен метаморфизъм. По време на контактния метаморфизъм рядко се образуват рудни находища. Има промяна в състава както на вместителните скали, така и на магмените образувания: глинестите шисти се превръщат в рогови; пясъчници - в кварцити; карбонатни скали - в мрамори.

Контактно-метасоматичните процеси създават благоприятен "фон" за по-нататъшно отлагане на руда чрез промяна на свойствата на вместителните скали. Въздействието на интрузива е двустранно: 1-термичен метаморфизъм (нагряване), при който се образуват роговици, кварцити, мрамори, 2- метасоматични процеси под въздействието на летливи вещества, които се отделят от страната на интрузива или от дълбоките му части. Развитието на скарните се контролира от контактната зона и тектонските деформации в този участък на земната кора. Според изчисленията на Д. Казанли (изследване на влиянието на температурните полета), когато са изложени на интрузия, скалите в приконтактната зона се затоплят до 250 0 за 1000 години на разстояние до 200 m от контакта, а за 50 хиляди години - с 600 0 . (Първоначални данни: начална топилка t 1300 0, латентна топлина на топене на гранитите 60 cal, топлопроводимост 4,10 -3 cal/cm sec -1, топлинен капацитет 0,3).

Рудната минерализация се образува след частично или пълно втвърдяване на магмата по време на дейността на газо-течни разтвори, които се отделят от магмата и засягат скарните. Това обикновено се случва в резултат на продължителна и многоетапна циркулация на разтвори по контактната зона на фона на многократно раздробяване на скали.

Установени са три типа връзки между руди и скарнове (фиг. 39): 1 - руди и скарнове са едновременни или близки повреме, което е рядко (Fe, B руди); 2 - образуването на руда следва непосредствено образуването на скарн (Sn, Fe руди); 3 - наслагване на хидротермална минерализация върху скарнове (руди на Au, W, Cu). По-често скарните служат като физически и химически благоприятна среда.

Скарните се образуват при температури 300-900 0 . Експериментите за изследване на газово-течни включвания и теоретичните изчисления позволяват да се разграничат следните температурни фази на скарните: воластонит-плагиоклаз - 900-750 0; пироксен-гранат - 800-500 0; гранат-епидот - 500-450 0; пироксен-епидот - 400 0 . Рудната минерализация, насложена върху скарнове, се образува при температура 300 0 и по-ниска.

В скарните парагенезата (съставът на минералните асоциации) и зоналността (тяхната промяна по отношение на контакта) зависят от повишаването на киселинността на процеса. Обикновено процесът протича (във времето) по пътя на изместване на калций от магнезий и след това от желязо. Образува се серия: воластонит – диопсид – хеденбергит – андрадит.

Съществуват следните основни модели на образуване на скарн (фиг. 40)

1. Инфилтрационно-дифузионен модел от D.S. Коржински.

От двете страни на контактната зона на силикатни и карбонатни скали възниква неравновесна химическа система. В тази система от едната страна преобладават елементи от карбонатната среда, а от друга - силикат. При тези условия съставите се подравняват чрез противодифузионно изтичане на елементи от областта на тяхната висока концентрация към зоната на ниска концентрация (биметазоматоза, според D.S. Korzhinsky). CaO преминава от карбонатни към алумосиликатни скали, SiO2 и Al2O3 от силикатни към карбонатни (виж Фиг. 40). С развитието на образуването на скарни зоните на метасоматизъм постепенно растат в посока на дифузионния поток (началотозадни зони към предни). На фона на дифузионното проникване протичат обменни реакции между съединенията на разтвора, както и между разтвора и скалообразуващите минерали на скарни или гранитоиди. Зоналност на минералообразуване, установена в скарнове, Д.С. Коржински обяснява с различната степен на мобилност на дифузиращите елементи и промените в условията на околната среда. Най-мобилните групи: H2O, CO2; S, Cl, K, Na; най-малко подвижни: P, Ti, Al.

Изчисленията обаче показват, че SiO2 и CO2, присъстващи в гранити и варовици, не осигуряват обемите на тези компоненти, съдържащи се в скарните. Необходимо е тези вещества да се внасят отвън. С оглед на тази разпоредба Д.С. Коржински представи концепцията заинфилтрация-дифузия: скарните се образуват както по време на дифузия на границата на проникване, така и по време на въвеждането на елементи чрез циркулиращи горещи разтвори. Тези решения носят елементи от дълбоката магмена камера и от скалите по своя маршрут. Тези. процесът протича в отворена система чрез инфилтрация и дифузия.Инфилтрация- пренос на материя чрез разтвори, които се просмукват през цялата маса на скалата през пори и пукнатини.Дифузия- движение на частици (атоми, йони, молекули) в посока на намаляване на техните концентрации. Тези процеси протичат бързо в газове, бавно в течности и още по-бавно в твърди вещества. Скоростта се увеличава с увеличаване на t 0 .

Най-ценните находища се създават в зони на пукнатини със значителен запас от вещество от магмената камера (контактно-инфилтрационни скарнове).

2. Етапен модел на П. Пилипенко - предполага се, че основната маса на материята е внесена от магмената камера. Околната среда играе ролята на доставчик на минерализатори.

Съставът на въведените вещества постепенно се променя, t 0 намалява. Товаводи до стадиране на процеса и зонално разположение на минералните асоциации. П. Пилипенко идентифицира 6 фази (етапи) на метасоматизма: 1-силиций (въвеждане на Si) - образуването на диопсидна скала; 2-алумосиликатен метасоматизъм - въвеждането на Si и Al (гранати); 3-халоген - добавяне на Cl (скаполит); 4-железисти метасоматози (хеденбергит, гранат, магнетит, хематит); 5-течно-воден метасоматизъм - въвеждането на H2O, CO2, Cl (рогова обманка, епидот, шеелит, калцит); 6-сулфиден метасоматизъм - най-ниският t 0, въвеждането на H2O, S, метали.

3. Разглеждайки и двата модела, В. Смирнов показа, че в ранните етапи на образуването на скарнови отлагания биметазоматозата играе основна роля и с развитието на процеса постепенно се увеличава доставката на материя от дълбоки източници. Последното има първостепенно значение за образуването на рудни натрупвания.

Рудни образуванияна скарнови находища: 1 - желязна руда - магнетит, хематит, сулфиди (Магнитная, Телбес (Западен Сибир), Дашкесан (Кавказ), Банат (Унгария); 2 - медна руда - пирит, халкопирит, пиротит, сфалерит, магнетит, хематит (Туринское (виж фиг. 37), Гу meshevskoe на Урал, Glafirinskoe в района на Minusinsk, Bisbee в Аризона); 3 - волфрам - шеелит, сулфиди (Балкан в Урал, Lyangar в Централна Азия, Pine Creek в Калифорния, Tyrnyauz (фиг. 41) в Кавказ); 4 - златна руда - Au, сулфиди (в Западен Сибир); 5 - олово-цинк - галенит-spha лерит (Алтън-Топкан

и други в ср. Азия); 6 - берилий и ниобий - гелвин, фенакит (Kaiserstuhl, Schillingen в Германия); 7 - каситерит (Питкяранта в Карелия); 8 - магнезиеви борсъдържащи скарни (България, България, Чехия); 9 - неметални минерали - апатит, хризотил-азбест.