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.
Metasomatism (from the Greek μετά metá "change" and σῶμα sôma "body") is the chemical alteration of a rock by hydrothermal and other fluids. It is traditionally defined as metamorphism which involves a change in the chemical composition, excluding volatile components. It is the replacement of one rock by another of different mineralogical and chemical composition. The minerals which compose the rocks are dissolved and new mineral formations are deposited in their place. Dissolution and deposition occur simultaneously and the rock remains solid. Synonyms of the word metasomatism are metasomatosis and metasomatic process. The word metasomatose can be used as a name for specific varieties of metasomatism (for example Mg metasomatose and Na metasomatose). Metasomatism can occur via the action of hydrothermal fluids from an igneous or metamorphic source. In the igneous environment, metasomatism produces skarns, greisen, and may affect hornfels in the contact metamorphic aureole adjacent to an intrusive rock mass. In the metamorphic environment, metasomatism is driven by mass transfer from a volume of metamorphic rock at higher stress and temperature into a zone with lower stress and temperature, with metamorphic hydrothermal solutions acting as a solvent. This can be envisaged as the metamorphic rocks within the deep crust losing fluids and dissolved mineral components as hydrous minerals break down, with this fluid percolating up into the shallow levels of the crust to chemically change and alter these rocks. This mechanism implies that metasomatism is open system behaviour, which is different from classical metamorphism which is the in situ mineralogical change of a rock without appreciable change in the chemistry of the rock. Because metamorphism usually requires water in order to facilitate metamorphic reactions, metamorphism nearly always occurs with metasomatism. Further, because metasomatism is a mass transfer process, it is not restricted to the rocks which are changed by addition of chemical elements and minerals or hydrous compounds. In all cases, to produce a metasomatic rock some other rock is also metasomatised, if only by dehydration reactions with minimal chemical change. This is best illustrated by gold ore deposits which are the product of focused concentration of fluids derived from many cubic kilometres of dehydrated crust into thin, often highly metasomatised and altered shear zones and lodes. The source region is often largely chemically unaffected compared to the highly hydrated, altered shear zones, but both must have undergone complementary metasomatism. Metasomatism is more complicated in the Earth's mantle, because the composition of peridotite at high temperatures can be changed by infiltration of carbonate and silicate melts and by carbon dioxide rich and water rich fluids, as discussed by Luth (2003). Metasomatism is thought to be particularly important in changing the composition of mantle peridotite below island arcs as water is driven out of ocean lithosphere during subduction. Metasomatism has also been considered critical for enriching source regions of some silica undersaturated magmas. Carbonatite melts are often considered to have been responsible for enrichment of mantle peridotite in incompatible elements. Metasomatism can be similar to other endogenic processes and is separated by 4 main features. The first of these is the ion by ion replacement in minerals, this can happen from the precipitation of new minerals at the same time as the dissolution of existing minerals. Effects of metasomatism in mantle peridotite can be either modal or cryptic. In cryptic metasomatism, mineral compositions are changed, or introduced elements are concentrated on grain boundaries and the peridotite mineralogy appears unchanged. In modal metasomatism, new minerals are formed. Cryptic metasomatism may be caused as rising or percolating melts interact with surrounding peridotite, and compositions of both melts and peridotite are changed. At high mantle temperatures, solid state diffusion can also be effective in changing rock compositions over tens of centimeters adjacent to melt conduits: gradients in mineral composition adjacent to pyroxenite dikes may preserve evidence of the process. Modal metasomatism may result in formation of amphibole and phlogopite, and the presence of these minerals in peridotite xenoliths has been considered strong evidence of metasomatic processes in the mantle. Formation of minerals less common in peridotite, such as dolomite, calcite, ilmenite, rutile, and armalcolite, is also attributed to melt or fluid metasomatism.
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.