Введение
Пегматит – магматическая порода с очень крупными взаимосвязанными кристаллами. Пегматит представляет собой магматическую породу с очень крупнозернистой текстурой, с большими взаимосвязанными кристаллами, обычно превышающими по размеру, а иногда и значительно превышающими. Большинство пегматитов состоят из кварца, полевого шпата и слюды, имеющих аналогичный кремнеземный состав с гранитом. Однако известны более редкие пегматиты промежуточного и ультрамафического состава. Многие из крупнейших кристаллов в мире встречаются в пегматитах. К ним относятся кристаллы микроклина, кварца, слюды, сподумена, берилла и турмалина. Отдельные кристаллы могут достигать длины более. Считается, что большинство пегматитов формируется из последней жидкой фракции крупного кристаллизующегося магматического тела. Эта остаточная жидкость сильно обогащена летучими веществами и микроэлементами, а её очень низкая вязкость позволяет компонентам быстро мигрировать и присоединяться к существующим кристаллам, вместо того чтобы объединяться для формирования новых. Это способствует образованию нескольких очень крупных кристаллов. В то время как большинство пегматитов имеют простой состав из минералов, обычных для магматических пород, некоторые пегматиты имеют сложный состав, содержащий множество необычных минералов редких элементов. Из этих сложных пегматитов добывают литий, бериллий, бор, фтор, олово, тантал, ниобий, редкоземельные элементы, уран и другие ценные ресурсы.
A pegmatite is an igneous rock showing a very coarse texture, with large interlocking crystals usually greater in size than and sometimes greater than Most pegmatites are composed of quartz, feldspar, and mica, having a similar silicic composition to granite. However, rarer intermediate composition and mafic pegmatites are known. Many of the world's largest crystals are found within pegmatites. These include crystals of microcline, quartz, mica, spodumene, beryl, and tourmaline. Some individual crystals are over long. Most pegmatites are thought to form from the last fluid fraction of a large crystallizing magma body. This residual fluid is highly enriched in volatiles and trace elements, and its very low viscosity allows components to migrate rapidly to join an existing crystal rather than coming together to form new crystals. This allows a few very large crystals to form. While most pegmatites have a simple composition of minerals common in ordinary igneous rock, a few pegmatites have a complex composition, with numerous unusual minerals of rare elements. These complex pegmatites are mined for lithium, beryllium, boron, fluorine, tin, tantalum, niobium, rare earth elements, uranium, and other valuable commodities.
Этимология
Слово пегматит происходит от гомеровского греческого πήγνυμι (pēgnymi), что означает «связывать вместе», в связи с переплетенными кристаллами кварца и полевого шпата в текстуре, известной как графический гранит. Термин впервые использовал Рене Жюст Гаюи в 1822 году как синоним графического гранита. Вильгельм Карл Риттер фон Хайдингер впервые использовал термин в его современном значении в 1845 году. Пегматиты состоят из сросшихся кристаллов, при этом отдельные кристаллы обычно имеют размер более и иногда превышают . Большинство пегматитов имеют состав, близкий к граниту, поэтому их наиболее распространенными минералами являются кварц, полевой шпат и слюда. Однако известны и другие составы пегматитов, включая составы, подобные нефелиновому сиениту. Геологи обычно добавляют к термину описание состава, так что гранитный пегматит – это пегматит с составом гранита, а нефелиновый сиенит – пегматит с составом нефелинового сиенита. В Черных холмах Южной Дакоты были найдены кристаллы сподумена длиной более 12 метров, а в Олбани (штат Мэн) – кристаллы берилла длиной 8 метров и диаметром 2 метра. Пегматитные тела обычно имеют небольшой размер по сравнению с типичными интрузивными телами. Размер пегматитного тела обычно составляет от одного до нескольких сотен метров. По сравнению с типичными магматическими породами они довольно неоднородны и могут демонстрировать зоны с различными минеральными ассоциациями. Размер кристаллов и минеральные ассоциации обычно ориентированы параллельно вмещающей породе или даже концентрически для пегматитовых линз.
Классификация
Современные схемы классификации пегматитов испытывают сильное влияние классификации гранитных пород по зонам глубины, предложенной Буддингтоном (1959), а также классификации Гинзбурга и Родионова (1960) и Гинзбурга с соавторами (1979), которая категоризировала пегматиты в соответствии с глубиной их внедрения и связью с метаморфизмом и гранитными плутонами. Широко используется пересмотр этой классификации, выполненный Черни (1991). Классификация пегматитов Черни (1991), сочетающая глубину внедрения, степень метаморфизма и содержание минорных элементов, дала существенные представления о происхождении пегматитовых расплавов и степени их фракционирования. Гранитные пегматиты обычно ранжируются в три иерархии (класс – семейство – тип – подтип) в зависимости от их минералого-геохимических характеристик и глубины внедрения согласно Черни (1991). Классы включают Абиссальные, Мусковитовые, Редкоэлементные и Миаролитовые. Редкоэлементный класс подразделяется по составу на семейства LCT и NYF: LCT – для обогащения литием, цезием и танталом, а NYF – для обогащения ниобием, иттрием и фтором. Большинство авторов классифицируют пегматиты по типам и подтипам LCT и NYF. Важным вкладом классификации является также ее петрогенетический аспект, который показывает связь LCT-пегматитов преимущественно с орогенными плутонами, а NYF-пегматитов – с анорогенными плутонами. В последнее время предпринимаются попытки создать новую классификацию пегматитов, менее зависящую от минералогии и более точно отражающую их геологическую обстановку. Одной из наиболее заметных работ в этом направлении является классификация пегматитов Уайза (2022), которая фокусируется главным образом на источнике магмы, из которой кристаллизуется пегматит.
Петрология
Пегматиты формируются в условиях, когда скорость зарождения новых кристаллов значительно медленнее скорости их роста. Крупные кристаллы являются предпочтительными. В обычных магматических породах крупнозернистая текстура является результатом медленного охлаждения на большой глубине. Неясно, образуются ли пегматиты при медленном или быстром охлаждении. В некоторых исследованиях зафиксировано, что кристаллы в пегматитных условиях растут со скоростью от 1 до 10 м в день. Пегматиты – последняя часть магмы, которая кристаллизуется. Эта конечная флюидная фракция обогащена летучими веществами и микроэлементами. Некоторые пегматиты имеют более сложное зонирование. В Harding Pegmatite в горах Пикурис на севере Нью-Мексико, США, выделено пять различных зон: белая кайма из мелкозернистого кварца, альбита, мусковита и пегматита; сплошной слой очень крупнозернистого кварца, альбита и мусковита, содержащий также микроклин и обильные акцессорные апатит, берилл и танталит; берилл иногда очень крупный и распространен; сплошной слой массивного кварца, также богатый мусковитом, микроклином и кливлендитом; впечатляющая зона кварца и пластинчатого сподумена, где сподумен встречается в виде лезвийных кристаллов, иногда огромных размеров, преимущественно ориентированных случайным образом, но иногда расположенных в виде гребневидной структуры; акцессорные минералы – берилл, апатит, микроклин и тантало-ниобиевые минералы, особенно в нижней части этой зоны; наблюдается некоторая псевдоморфная замещение сподумена розовым мусковитом, а кварца – кливлендитом; ядро пегматита, известное как "пятнистая порода", представлено относительно мелкозернистым сподуменом, микроклином и кварцем, в сопровождении мелкозернистого альбита, литийсодержащего мусковита, лепидолита, микролита и танталита; большая часть сподумена и микроклина сильно корродирована и замещена мелкозернистыми слюдами. Крупные кристаллы зарождаются по краям пегматитов, увеличиваясь в размерах по мере роста внутрь, включая очень крупные конические кристаллы щелочного полевого шпата. Часто присутствуют аплиты, которые могут пересекать пегматит, но также формируют зоны или неправильные пятна вокруг более крупнозернистого материала. Аплиты часто слоистые, демонстрируя признаки деформации. В теле пегматита могут встречаться ксенолиты, но их первоначальный минеральный состав заменен кварцем и щелочным полевым шпатом, что затрудняет их отличия от окружающего пегматита. Пегматит также часто замещает часть окружающей вмещающей породы. Поскольку пегматиты, вероятно, кристаллизуются из флюидно-доминирующей фазы, а не из расплава, они находятся на границе между гидротермальными минеральными месторождениями и магматическими интрузиями. Хотя существует общее согласие относительно основных механизмов их образования, детали формирования пегматитов остаются загадочными. Пегматиты обладают характеристиками, несовместимыми с другими магматическими интрузиями: они не порфировые и не имеют охлажденной каймы. Напротив, самые крупные кристаллы часто встречаются по краям пегматитового тела. Хотя аплиты иногда встречаются по краям, они также могут встречаться внутри тела пегматита. Кристаллы никогда не выравниваются таким образом, чтобы указывать на поток, а ориентированы перпендикулярно стенкам, что указывает на образование в статической среде. Некоторые пегматиты имеют форму изолированных линз, без очевидного питающего канала. В результате для пегматитов иногда предлагаются метаморфические или метасоматические происхождения. Метаморфический пегматит образуется путем удаления летучих веществ из метаморфических пород, особенно фелсического гнейса, для высвобождения необходимых компонентов и воды при нужной температуре. Метасоматический пегматит образуется в результате гидротермальной циркуляции горячих изменяющих флюидов по массиву пород, с масштабными химическими и текстурными изменениями. В настоящее время метасоматизм не считается предпочтительным механизмом образования пегматитов, и вероятно, что метаморфизм и магматизм вносят вклад в условия, необходимые для генезиса пегматитов. Пегматиты, образованные от батолитов, можно разделить на семейство NYF-пегматитов, характеризующихся прогрессивным обогащением ниобием, иттрием и фтором, а также обогащением бериллием, редкоземельными элементами, скандием, титаном, цирконием, торием и ураном; и семейство LCT-пегматитов, характеризующихся прогрессивным накоплением лития, цезия и тантала, а также обогащением рубидием, бериллием, оловом, барием, фосфором и фтором. NYF-пегматиты, вероятно, фракционировались из гранитов типов A–I, относительно бедных алюминием (субалюминиевых или металлюминиевых гранитов), образовавшихся из обедненной коры или мантийной породы. LCT-пегматиты, скорее всего, образовались из гранитов типа S или, возможно, типа I, с более высоким содержанием алюминия (пералюминиевых гранитов). Примеры включают аквамарин, турмалин, топаз, флюорит, апатит и корунд, часто вместе с оловянными, редкоземельными и вольфрамовыми минералами и другими. Для добычи кварца особый интерес представляют пегматиты с центральными кварцевыми массами. Основным источником цезия является поллуцит, минерал из зонированного пегматита. Большая часть мирового бериллия добывается из недрагоценного берилла в пегматитах. Тантал, ниобий и редкоземельные элементы добываются из нескольких пегматитов по всему миру, таких как Greenbushes Pegmatite, пояс Кибара в Руанде и Демократической Республике Конго, рудник Кентича в Эфиопии, провинция Альто Лигонья в Мозамбике и рудник Мибра (Волта) в Минас-Жерайс, Бразилия.
A white border rind of fine grained quartz albite muscovite pegmatite. A continuous layer of very coarse quartz, albite, and muscovite. This zone also contains microcline, and has abundant accessory apatite, beryl, and tantalite. Beryl is occasionally very coarse and abundant. A continuous layer of massive quartz. This zone is also rich in muscovite, microcline, and cleavelandite. A spectacular quartz and lath spodumene zone. The spodumene occurs as blade like crystals, sometimes of enormous size, mostly oriented at random but sometimes arranged to form a comb like structure. Accessory minerals are beryl, apatite, microcline, and tantalum niobium minerals, especially in the lower part of this zone. There is some pseudomorphic replacement of spodumene by rose muscovite and quartz by cleavelandite. The core of the pegmatite, known as "spotted rock", which is relatively fine grained spodumene, microcline, and quartz, with accompanying finer grained albite, lithium bearing muscovite, lepidolite, microlite, and tantalite. Much of the spodumene and microcline have been extensively corroded and replaced by fine grained micas. Large crystals nucleate on the margins of pegmatites, becoming larger as they grow inward. These include very large conical alkali feldspar crystals. Aplites are commonly present. These may cut across the pegmatite, but also form zones or irregular patches around coarser material. The aplites are often layered, showing evidence of deformation. Xenoliths may be found in the body of the pegmatite, but their original mineral content is replaced by quartz and alkali feldspar, so that they are difficult to distinguish from the surrounding pegmatite. Pegmatite also commonly replaces part of the surrounding country rock. Because pegmatites likely crystallize from a fluid dominated phase, rather than a melt phase, they straddle the boundary between hydrothermal mineral deposits and igneous intrusions. Although there is broad agreement on the basic mechanisms by which they form, the details of pegmatite formation remain enigmatic. Pegmatites have characteristics inconsistent with other igneous intrusions. They are not porphyritic, and show no chilled margin. On the contrary, the largest crystals are often found on the margins of the pegmatite body. While aplites are sometimes found on the margins, they are as likely to occur within the body of the pegmatite. The crystals are never aligned in a way that would indicate flow, but are perpendicular to the walls. This implies formation in a static environment. Some pegmatities take the form of isolated pods, with no obvious feeder conduit. As a result, metamorphic or metasomatic origins have sometimes been suggested for pegmatites. A metamorphic pegmatite would be formed by removal of volatiles from metamorphic rocks, particularly felsic gneiss, to liberate the right constituents and water, at the right temperature. A metasomatic pegmatite would be formed by hydrothermal circulation of hot alteration fluids upon a rock mass, with bulk chemical and textural change. Metasomatism is currently not favored as a mechanism for pegmatite formation and it is likely that metamorphism and magmatism are both contributors toward the conditions necessary for pegmatite genesis. Pegmatites derived from batholiths can be divided into a family of NYF pegmatites, characterized by progressive enrichment in niobium, yttrium, and fluorine as well as enrichment in beryllium, rare earth elements, scandium, titanium, zirconium, thorium, and uranium; and a family of LCT pegmatites, characterized by progressive accumulation of lithium, caesium, and tantalum, as well as enrichment in rubidium, beryllium, tin, barium, phosphorus, and fluorine. The NYF pegmatites likely fractionated from A to I type granites that were relatively low in aluminium (subaluminous to metaluminous granites). These granites originated from depleted crust or mantle rock. LCT pegmatites most likely formed from S type granites or possibly I type granites, with a higher aluminium content (peraluminous granites). Examples include aquamarine, tourmaline, topaz, fluorite, apatite, and corundum, often along with tin, rare earth, and tungsten minerals, among others. For quartz mining, pegmatites with central quartz masses have been of particular interest. The primary source for caesium is pollucite, a mineral from a zoned pegmatite. The majority of the world's beryllium is sourced from non gem quality beryl within pegmatite. Tantalum, niobium, and rare earth elements are sourced from a few pegmatites worldwide, such as the Greenbushes Pegmatite, the Kibara Belt of Rwanda and Democratic Republic of the Congo, the Kenticha mine of Ethiopia the Alto Ligonha Province of Mozambique, and the Mibra (Volta) mine of Minas Gerais, Brazil.
Возникновение
Заметные проявления пегматита встречаются по всему миру в крупных кратонах и в метаморфических поясах зеленокаменной фации. Однако местонахождения пегматита хорошо задокументированы только при наличии экономически значимой минерализации. Пегматиты встречаются в виде неправильных жил, силлов или даек и наиболее распространены по краям батолитов (крупных интрузивных магматических тел). Большинство из них тесно связаны пространственно и генетически с крупными интрузиями. Они могут иметь вид жил или даек внутри самой интрузии, но чаще распространяются в окружающие породы, особенно над интрузией. Некоторые пегматиты, окруженные метаморфическими породами, не имеют явной связи с более крупной интрузией. Пегматиты в метаморфических породах низкой степени метаморфизма обычно состоят преимущественно из кварца и карбонатных минералов. Пегматиты в метаморфических породах более высокой степени метаморфизма доминируют щелочные полевые шпаты. Габброические пегматиты обычно встречаются в виде линз внутри тел габбро или диабаза. Нефелиновые сиенитовые пегматиты распространены в щелочных магматических комплексах.