Скарны –– пример взаимодействия расплавов и гидротерм

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ И ПОДХОДЫ К КЛАССИФИКАЦИИ

Скарн - термин шведского происхождения. В прямом переводе он обозначает грязь, мусор. Термин относится к гранат-пироксеновым породам. Он был введен в употребление в конце XIX века. Со временем было установлено, что руда, ассоциированная со скарнами, представляет важный источник многочисленных типов минерального сырья.

Скарновые месторождения разрабатывались с древнейших времен. История их эксплуатации насчитывает несколько тысяч лет. Со скарнами связаны крупнейшие железорудные месторождения Швеции. Не удивительно, что интерес к их исследованию чрезвычайно велик.

Но с чем имели дело горняки не было понято вплоть до конца XIX века. Шведские горняки с XVI века разрабатывали знаменитые магнетитовые месторождения группы Кируна,определившие судьбу страны на все последующее время. Скарнами никто не интересовался, они лежали в стороне от руды и не использовались. Отсюда и произошло слово «скарн». Поэтому такое значение имели работы А. Э. Тёрнебома (1838-1911), впервые употребившего термин скарн и тем определившего с чем собственно связаны магнетитовые руды Кируны.

Описывая руды железорудного месторождения Кируна Тёрнебом не только впервые отметил специфику связанных с магнетитовыми рудами пород, введя для их определения новый термин, но и отметил важнейшую специфическую черту петрологической эволюции скарновых комплексов – тенденцию к сепарации анхимономинеральных пород и разделение их в пространстве в результате расслоения исходной магмы.

Шведский геолог Альфред Элис Тёрнебом (1838-1911), глава геологической службы Швеции с 1870 до 1874 года и с 1897 до 1806 год, с 1876 года член Шведской Академии наук.

На Урале в начале XVIII века были открыты три крупных железорудных месторождения на горах Благодать, Высокая, Магнитная. На этих трех месторожденях была создана мощная база черной металлургии. Для месторождений любого типа, связанных со скарнами, стали употреблять термин скарновые месторождения.

Меднорудные скарны являются одним из основных источников меди. Меднорудные скарны Урала были одним из основных источников меди России и СССР. Скарновое месторождение Саяк-1 поставляет основную часть медной руды для Балхашского медеплавильного комбината в Казахстане, Чатыркульское месторождение в центральном Казахстане, крупнейшее меднорудное скарновое месторождение Бингэм (штат Юта) месторождения Бишоп и Клифтон (США), Кананеа и Санта-Эулалиа в Мексике, Тасу-Империал в Канаде, полиметаллические месторождения – Дальнегорское в Приморье, Кызыл-Эспинское в Казакстане, Алтын-Топкан в Средней Азии, Лоренс в США, Эль Потоси в Мексике, Агилар в Аргентине. К скарнам относится медно-кобальтовое месторождение Дашкесан на Кавказе.

Флогопитовое месторождение Слюдянка является основным источником флогопита в России. На Дальнегорском скарновом месторождении в Приморье добывалась основная часть свинца, цинка и серебра России. Серебро продолжает здесь добываться и по сей день. Это месторождение после распада СССР остается единственным источником серебра России. Позднее, рядом с полиметаллическим месторождением в том же Дальнегорском районе были открыты бороносные скарны. Шеелитовые скарны Гиссарского хребта (месторождение Майхура) и Туркестанского хребта были основным источником вольфрама в СССР, а молибденовое скарновое месторождение Тырныауз на Северном Кавказе, наряду с медно-молибденовыми месторождениями Армении, поставляло весь молибден для советской военной промышленности. Без этих металлов невозможно было создать ни единого орудийного ствола. Связанные со скарнами золоторудные месторождения известны в России, США, Мексике, Бразилии и Северной Корее. Сегодня скарновые месторождения дают 20% добычи золота Китая.

Учитывая это неудивительно, что рудоносным скарнам посвящена огромная специальная литература.

Со времени введения термина до конца XX века из печати вышло более 4000 работ, посвященных различным вопросам геологии, минералогии, геохимии и генезиса скарнов. Но, возможно, самым ярким признанием важности скарновых месторождений явилось издание отдельного выпуска главного международного журнала, посвященного геологии рудных месторождений минерального сырья Economic Geology. Параллельно с этим появляется специальный обзор проблем, связанных с геологией скарновых месторождений в работе Ф. Пиранджо.

Обычное в ходе процесса эволюции отжимание отдельных фракций расплава приводило к частой локализации их на удалении от контакта карбонатных вмещающих пород и алюмосиликатных магматических комплексов, что делает бесплодными определения и классификацию скарнов, построенные на основе признания их образования в результате контактового метаморфизма.

Для определения относительно мелкозернистых, обедненных железом скарнов употребляется термин «скарноид». Генетически скарноиды представляют собой промежуточную разность между чисто метаморфическими роговиками и чисто метасоматическими грубозернистыми скарнами.

В связи с большой экономической значимостью скарновых месторождений интерес к их исследованию резко возрос. В отличие от времени первого применения термина скарн основными потребителями его являлись не полуграмотные горняки а высокопрофессиональные геологи.

Первая попытка классификации скарнов, предложенная Тёрнебомом отвечала уровню практических знаний о них. Он делил скарны по цвету, который определялся минералогическим составом, на коричневые (существенно гранатовые) и зеленые (существенно пироксеновые). Последующие попытки классификации предполагали использовать наряду с минералогией геологическое положение скарновых комплексов и даже их генетические черты.

Обычное в ходе процесса эволюции расслоение расплава часто приводило к локализации скарнов на удалении от контакта карбонатных вмещающих пород и алюмосиликатных магматических комплексов. Впервые на горе Магнитной, была отмечена их новая важная особенность – расположение скарнов на контакте карбонатных вмещающих толщ и силикатных магматических комплексов.

Это делает бесплодными определения и классификации скарнов, построенные на основе признания их образования в результате контактового метаморфизма.

Другая попытка классификации, была основана на структурном положении скарнов на контакте силикатных интрузивных пород и карбонатных вмещающих толщ. В классификацию вводились два признака – положение по отношению к контакту с интрузивными комплексами. Так выделялись эндо- и экзо-скарны. С другой стороны в качестве классификационного признака использовался состав вмещающих пород. Так выделялись скарны известковые и магнезиальные. Первые образуются в контакте с известняками, вторые – в контакте с доломитами, либо с магматическими породами ультраосновного состава (дунитами, гарцбургитами). В железистых породах вместо чистого форстерита присутствует оливин с переменным количеством фаялитового компонента.

В известковых скарнах главными минералами являются моноклинный пироксен диопсид-геденбергитового состава и кальциевый гранат в ассоциации с магнетитом, гематитом и эпидотом. Встречаются везувиановые и волластонитовые скарны. В магнезиальных скарнах главную роль играют диопсид, шпинель, форстерит, флогопит, доломит. Характерны скаполит, замещающий кристаллы калиевого полевого шпата, роговая обманка, развивающаяся по диопсиду.

Текстура скарнов массивная, неоднородная, пятнистая. Структура – кристаллическая, зернистая, бластовая. Скарны образуют зоны, линзы, жильные тела.

Другая попытка классификации скарнов опиралась на тип связанной с ними рудной минерализации. М.Т. Эйнауди (Einaudi, 1982) выделяет скарны и рудные скарны. Первые образовались вдоль контактов сланцы-известняки во время метаморфизма и распространены ограниченно. Вторые являются скарнами, которые содержат рудную минерализацию. Они образованы в результате инфильтрации гидротерм (флюидов), произведенных магматическими интрузиями. Наложенный характер рудной минерализации делает бесполезными все схемы классификации скарнов, построенные на этой основе.

Именно на этой основе построено обобщение Л. Д. Мейнерта, Дж. М. Диппла и С. Николеску, выделивших семь типов скарновых месторождений, сопроводив описание каждого их них тщательно подобранными примерами. Классификация скарнов может включать тип породы, так и минеральные сообщества замещённой литологии. Термины эндо- и экзоскарны относятся к изверженным породам и вмещающим карбонатам соответственно. Так выделялись железорудные, меденосные, вольфрамовые, бороносные и т. д. скарны.

Однако, далеко не все скарны несут рудную минерализацию. Рудовмещающие скарны согласно этой классификации обозначались как «скарновые месторождения» в противоположность просто скарнам не несущим минерализации. Кроме того важно иметь в виду обычный наложенный характер, который носит связанная со скарнами рудная минерализация. Почти все связанные со скарнами месторождения имеющие промышленное значение возникли в результате крупномасштабных метасоматических процессов. В некоторых редких случаях рудоносные скарны формируются в результате метаморфизма ранее созданных рудных месторождений, таких как Агиляр в Аргентине, Печь Франклина в США и Брокен Хилл в Австралии.

Общий обзор классификации скарновых месторождений можно найти в работах В.И. Смирнова, Д.С. Коржинского, М. Т. Эйнауди и Д. М. Берта, Ф. Пираджно.

Вопросы генезиса связанных со скарнами железорудных месторождений рассмотриваются в главе 2, наряду с вопросами эволюции скарнов. Сейчас же ограничимся констатацией наличия нескольких гипотез. Реакционные скарны образуются в результате изохимического метаморфизма тонко-переслаивающихся сланцев и карбонатных пород, где метасоматический перенос компонентов между различными слоями может возникать на небольших расстояниях (порядка нескольких сантиметров).

Концепция биметасоматоза не объясняет наличия скарновых тел, располагающихся на удалении от контакта интрузивных пород с вмещающими карбонатными толщами. Кроме того она не объясняет того, что диффузный перенос вещества не может обеспечить баланс кремнезема и CaO для скарнов требуется дополнительный привнос этих компонентов. Данная гипотеза не может объяснить образование скарнов, залегающих исключительно среди силикатных или карбонатных пород или вообще удаленных от интрузии - в концепции бимсетасоматоза нет места для рудных месторождений.

В дальнейшем концепция биметасоматоза была преобразована Д. С. Коржинским в инфильтрационно-диффузионную гипотезу. В новой модели скарнового процесса предполагалось, что месторождения формируются в связи с циркуляцией горячих растворов, выносимых как из глубинных магматических очагов, так и заимствованных из пород на путях движения растворов. По Д. С. Коржинскому основная масса скарнов образована биметасоматическим путем, а рудные циркулирующих в трещиных зонах. Но причина разнообразия рудных минералов и источник рудного вещества остаются необъясненными. месторождения связаны с мощным воздействием постмагматических растворов,

В. А. Жариков был, по всей видимости, первым, кто описал скарновую минералогию соответственно главным классам скарнов. Он использовал фазовые равновесия и существенные вариации минерального состава твердых растворов в скарновых ассоциациях, чтобы описать и предсказать минеральные ассоциации различных типов скарновых месторождений. Наиболее полезным как для классификаций так и как поисковый признак являются гранат, пироксен и амфибол, присутствующие во всех типах скарнов. Примером может служить марганец-содержащий пироксен джохансит, который локализуется почти исключительно в цинковых скарнах. Его присутствие даже без дополнительной аналитической информации является определяющим признаком для этого типа скарновых месторождений.

Предлагаемой гипотезе биметасоматоза и ионнообменых процессов препятствует локализация скарнов вне непосредственной зоны контактов интрузивных тел с карбонатными осадочными толщами и пространственное разделение собственно скарнов и железорудной минерализации. Что касается первого, то В.И.Белоусовым его соавторами была разработана гипотеза, предрлдагающая поступление CO2 в ходе гидротермального процесса из глубинного источника. На фоне всех этих противоречий и была разработана принципиально новая концепция, объясняющая генезис карбонатов привносом глубинного CO2, аккумулируемого в процессе роста коралловых рифов. Эта модель снимала противоречия концепции биметасоматоза и плюс к тому указывала на непротиворечивый источник рудных компонентов. Одновременно В. И. Белоусов считал, что коралловые массивы создают экраны для свободной миграции глубинных газогидротерм («кап-рокс») и тем обеспечивают подъем температуры в гидротермальной системе.