Введение

Химическое изменение породы гидротермальными и другими флюидами. Метасоматизм (от греческого μετά metá "изменение" и σῶμα sôma "тело") – это химическое изменение породы гидротермальными и другими флюидами. Традиционно он определяется как метаморфизм, включающий изменение химического состава, за исключением летучих компонентов. Это замещение одной породы другой, с отличным минералогическим и химическим составом. Минералы, составляющие породу, растворяются, и на их месте откладываются новые минеральные образования. Растворение и осаждение происходят одновременно, при этом порода остается в твердом состоянии. Синонимы слова метасоматизм – метасоматоз и метасоматический процесс. Слово метасоматоз может использоваться для обозначения специфических разновидностей метасоматизма (например, Mg-метасоматоз и Na-метасоматоз). Метасоматизм может происходить под действием гидротермальных флюидов из магматического или метаморфического источника. В магматической обстановке метасоматизм образует скерны, грейзены и может влиять на роговые сланцы в контактной метаморфической зоне, прилегающей к интрузивной горной породе. В метаморфической обстановке метасоматизм обусловлен переносом массы из объема метаморфической породы при более высоком напряжении и температуре в зону с более низким напряжением и температурой, при этом метаморфические гидротермальные растворы выступают в качестве растворителя. Это можно представить как потерю флюидов и растворенных минеральных компонентов метаморфическими породами в глубине коры при разрушении гидратированных минералов, с последующей фильтрацией этих флюидов в верхние уровни коры, где они химически изменяют и преобразуют эти породы. Этот механизм подразумевает, что метасоматизм – это поведение открытой системы, что отличает его от классического метаморфизма, который представляет собой минералогическое изменение породы in situ без существенного изменения ее химического состава. Поскольку метаморфизм обычно требует воды для облегчения метаморфических реакций, метаморфизм почти всегда сопровождается метасоматизмом. Более того, поскольку метасоматизм – это процесс переноса массы, он не ограничивается породами, которые изменяются путем добавления химических элементов, минералов или гидратированных соединений. В любом случае, для образования метасоматической породы, другая порода также подвергается метасоматизму, хотя бы посредством реакций дегидратации с минимальными химическими изменениями. Это лучше всего иллюстрируется месторождениями золотой руды, которые являются результатом концентрированного накопления флюидов, полученных из многих кубических километров обезвоженной коры, в узкие, часто сильно метасоматизированные и измененные зоны сдвига и жилы. Исходный регион часто в значительной степени химически не затронут по сравнению с сильно гидратированными, измененными зонами сдвига, но оба должны были подвергнуться комплементарному метасоматизму. Метасоматизм более сложен в мантии Земли, поскольку состав перидотита при высоких температурах может изменяться за счет инфильтрации карбонатных и силикатных расплавов, а также флюидов, богатых углекислым газом и водой, как обсуждалось Лутом (2003). Считается, что метасоматизм особенно важен для изменения состава мантийного перидотита под островными дугами, поскольку вода высвобождается из океанической литосферы в процессе субдукции. Метасоматизм также считается критическим для обогащения источников некоторых магм, бедных кремнеземом. Расплавы карбонатита часто рассматриваются как ответственные за обогащение мантийного перидотита несовместимыми элементами. Метасоматизм может быть схож с другими эндогенными процессами и отличается четырьмя основными признаками. Первый из них – замещение ионов в минералах, которое может происходить одновременно с осаждением новых минералов и растворением существующих. Эффекты метасоматизма в мантийном перидотите могут быть как модальными, так и криптическими. При криптическом метасоматизме изменяются минеральные составы или вводимые элементы концентрируются на границах зерен, при этом минералогия перидотита остается неизменной. При модальном метасоматизме образуются новые минералы. Криптический метасоматизм может быть вызван восходящими или просачивающимися расплавами, взаимодействующими с окружающим перидотитом, при этом изменяются составы как расплавов, так и перидотита. При высоких температурах мантии твердофазная диффузия также может быть эффективной в изменении состава пород на расстоянии до десятков сантиметров от каналов расплава: градиенты в минеральном составе, прилегающие к пироксеновым дамбах, могут сохранять свидетельства этого процесса. Модальный метасоматизм может приводить к образованию амфибола и флогопита, и присутствие этих минералов в перидотитовых ксенолитах считается серьезным доказательством метасоматических процессов в мантии. Образование минералов, менее распространенных в перидотите, таких как доломит, кальцит, ильменит, рутил и армальколит, также приписывается метасоматизму, вызванному расплавами или флюидами.

Метасоматические схемы

Существуют две основные схемы, обсуждаемые в отношении проявления метасоматизма в природе в гранитных системах. Диффузионный метасоматизм, который упоминался в разделе о типах метасоматитов, и инфильтрационный метасоматизм. Инфильтрация происходит по трещинам и разломам, обеспечивающим приток флюида в областях с высокой проницаемостью. Эти два способа обычно используются для переноса веществ из одного региона в другой. В результате этого области могут как обогащаться, так и обедняться переносимыми компонентами по сравнению с их составом до метасоматизма. Химическое выветривание оказывает значительное влияние на состав и количество метасоматической жидкости, а также на геохимию основных элементов и минералогию обломочных осадочных пород.

Сборки модификации

Исследование измененных пород в гидротермальных рудных месторождениях выявило несколько широко распространенных типов альтерационных ассоциаций, которые формируют отдельные группы метасоматических изменений, текстур и минеральных комплексов. Пропилитовая альтерация вызвана гидротермальными флюидами, содержащими железо и серу, и обычно приводит к образованию эпидота, хлорита и пирита, часто с фациями гематита и магнетита. Альбито-эпидотовая альтерация обусловлена флюидами, богатыми кремнием, натрием и кальцием, и обычно приводит к слабо выраженной альбито-кремнеземистой эпидотовой альтерации. Калийная альтерация, типичная для месторождений порфировой меди и золоторудных жил, приводит к образованию слюдистых калийных минералов, таких как биотит в железосодержащих породах, мусковит или серицит в фелсических породах, а также альтерации ортоклазом (адулярией), часто довольно интенсивной и формирующей отчетливые розовые каймы вдоль жил. Кварц-серицит-пиритовая альтерация характеризуется отложением этих минералов как в жилах, так и в рассеянном виде; серицит, в частности, замещает плагиоклаз и биотит. Это распространено в месторождениях порфировой меди и порфирового молибдена. Аргиллическая альтерация, обычно присутствующая в дистальных зонах порфировых месторождений, представляет собой низкотемпературный комплекс, который превращает полевые шпаты и некоторые другие минералы в глинистые минералы, такие как каолинит и иллит. Она может перекрывать более ранние, высокотемпературные альтерационные комплексы. К более редким типам гидротермальных флюидов относятся высококарбонатные флюиды, вызывающие интенсивные карбонатизационные реакции вмещающих пород, типичные для кальциевых силикатов, а также кремнеземисто-гематитовые флюиды, приводящие к образованию яшмоидов, месторождений руды типа "манто" и обширных зон кремнизации, обычно в доломитовых слоях. Напряженные минералы и вмещающие породы гранитных плутонов замещаются порфиробластами ортоклаза и кварца в кварцевых монзонитах Папуз Флэт.