Скарнами обычно называют породы известково-силикатного состава, образовавшиеся метасоматическим путем чаще всего (но не всегда) в приконтактовой области интрузивов среди карбонатных, реже - силикатных пород. Выделяют экзоскарны, располагающиеся за пределами интрузий, и эндоскарны, находящиеся внутри интрузий. Эндоскарны образуются после застывания интрузии, экзоскарны - главным образом, до ее застывания.
Идеализированная схема размещения магнетитовых месторождений в вулкано-плутонической структуре.
1 – терригенно-карбонатные отложения; 2 – известняки; 3-5 – породы вулканической серии: 3 – эффузивы и их туфы, преимущественно базальтового состава, 4 – то же андезито-базальтового состава, 5 – то же андезитового состава; 6-7 – интрузивный комплекс, комагматичный вулканитам: 6 – габбро, габбро-диориты, 7 – диориты, кварцсодержащие диориты, диорит-порфириты; 8 – пироксен-гранатовые скарны; 9 – магнетитовые месторождения и их подтипы (цифры в кружочках): 1 – магнетитовые позднемагматические, 2 – собственно скарновые, 3 – скаполитовые, 4 – гидросиликатные; 10 – разрывные нарушения
Месторождения: почти все металлы, кроме Cr, Sb, Hg и многих неметаллов. Наиболее значимы месторождения Fe, Co, Cu, Pt, W, Mo, Pb-Zn, Au, Sn, Be, Nb, REE. Для магнезиальных скарнов - минералы бора, флогопит, железные руды
Форма скарновых тел весьма разнообразна: пласты, линзы, штоки, трубы, жилы, гнезда, сложные комбинированные залежи.
Размеры рудных тел скарновых месторождений: обычно - до 200-500 м по протяженности и мощностью 10-60 м; наиболее крупные - до 1.5-2.5 км при мощности до 200 м.
Минералы скарнов
Гранаты:
Гроссуляр Са3Al2(SiO4)3 –
Андрадит Са3Fe2(SiO4)3 (уграндиты).
Эпидот Ca2(Al,Fe)3 (OH) (SiO4) (Si2O7)
Датолит Ca В(SiO4)(ОН)
Пироксены:
Диопсид - СаMg(Si2O6)
Геденбергит СаFe(Si2O6).
Волластонит Са3(Si3O9)
Флогопит (Mg, K, Fе) NaAl2(AlSi3O10) (F,OH)
Скаполит (Na,Ca)4((Al,Si)2Si2O8)3(Cl,CO3,SO4)
По составу исходных пород скарны бывают:
Известковые – наиболее распространены.
Гранат – гроссуляр - андрадит + пироксены – диопсид – геденбергит + скаполит, амфиболы, кальцит.
Магнезиальные скарны. Диопсид, форстерит, энстатит, шпинель, флогопит, серпентин, доломит, людвигит (Mg,Fe)2Fe(BO3)O2)
Силикатные – по гранодиоритам, сиенитам, иногда траппам. Типичный минерал скаполит
Структура: зернистая, гранобластовая, порфиробластовая, волокнистая, крустификационная.
Текстура: массивная, брекчиевидная, пятнисто-гнездовая, прожилково-вкрапленная, полосчатая. Характерно неравномерное распределение рудных минералов.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
Скарны образуются в результате комбинированного воздействия тепла интрузий и горячих минерализованных газово-жидких водных растворов. Состав растворов - преимущественно хлоридные анионы, Ca и Na - катионы. pH - нейтральные растворы.
Изменения во вмещающих интрузию породах протекают в два этапа.
1) При становлении любого интрузивного тела вмещающие породы испытывают термальный изохимический метаморфизм. По сланцам образуются роговики, по песчаникам - кварциты, по известнякам - мраморы. Зоны этих преобразований развиваются вокруг интрузии на любой глубине и при любом давлении.
2) Под влиянием тепла и флюидов, исходящих из интрузии, в ее экзоконтактах и затвердевших эндоконтактах протекали аллохимические метасоматические процессы, образовавшие скарны. Эти явления происходили на небольших глубинах, где внутреннее флюидное давление было в состоянии преодолеть литостатическую нагрузку. Оптимальный диапазон глубин скарнообразования 0.5-2.5 км (гипабиссальная зона).
Температура скарнообразования.
Скарны являются самыми ранними и высокотемпературными метасоматитами.
На основании геологических данных и экспериментальных разработок в настоящее время модель скарнового процесса можно представить в 4-стадийном виде:
1) Стадия контактового изохимического метаморфизма, протекающего при температуре 900-650 °С и сопровождающего внедрение магмы. Образуются ореол светлых, безрудных диопсидовых роговиков и мраморов. Безрудна.
2) Ранняя скарновая стадия (проявляется спорадически, занимая примерно одну десятую периметра интрузии). Температура - 650-500 °С. Возникают сухие (без водосодержащих минералов) темные эндо- и экзоскарны, состоящие из мелкозернистых пироксенов и гранатов, а также светлые (волластонит-плагиоклазовые) скарны. Безрудна.
3) Поздняя гидросиликатная стадия скарнообразования протекает при температуре 500-400 °С. Здесь возникают крупнозернистые перекристаллизованные гранаты и клинопироксены, скаполит, водосодержащие силикаты (гидрогранаты, роговая обманка, везувиан, эпидот, ильваит), магнетит и гематит, сульфиды, кварц, кальцит. Рудоносна. Гидросиликатные скарны образуют, как правило, систему гнезд и прожилков в более ранних скарнах, а также обособленные жильные и штокверковые тела в роговиках и интрузивах.
4) Заключительная гидротермальная стадия. Температура 400-150 °С. Возникают разнообразные минеральные ассоциации (кварц, карбонаты, сульфиды и сульфосоли, гематит и др.), накладывающиеся на ассоциации предыдущих стадий. Рудоносна.
Собственно скарновая минеральная ассоциация возникает в интервале 900-500 °С.
По положению скарновых тел относительно материнской интрузии выделяют несколько типов скарновых систем.
Ортомагматическая модель. Главным скарно- и рудообразующим фактором является магматизм, выступающий источником энергии скарново-рудных процессов, скарнообразующих флюидов и рудного вещества (рисунок). Скарновые месторождения приурочены к ореольным зонам плутонов, обычно - к их контакту с известняками. Рудные тела размещаются как в эндо-, так и в экзоскарнах. Метасоматические тела имеют зональное строение, скарны представлены высокотемпературными разностями (740-200 °С). Зона рудоотложения имеет небольшие размеры. Длительность формирования ортомагматических систем определяется временем "жизни" материнского плутона. Примеры - Темир-Тау (Горная Шория), Тырныауз (Сев. Кавказ), Турьинское (Урал).
Конвективная модель. Магматизм здесь выступает в роли "грелки", прогревающей окружающие породы. Прогрев "запускает" конвекционную систему потоков растворов (рисунок), путями движения которых служат зоны высокой проницаемости. Рудообразующий флюид на 90-95% имеет немагматическое происхождение. Главную роль в его формировании играют нагретые морские захороненные воды и метеорные воды глубокой циркуляции. Источником вещества могут быть как вулканогенно-осадочные толщи, так и интрузивные породы. Минеральный состав руд и метасоматитов, последовательность и интенсивность протекающих реакций во многом определяются литологией вмещающих толщ. Отличаются длительным существованием, несколько меньшей температурой минералообразования (680-200 °С). Конвекционные системы создают грандиозные запасы руды, что объясняется значительно большей интенсивностью преобразования окружающих пород и извлечением большего количества рудного вещества, чем в ортомагматической системе. Примеры - Дашкесан (Азербайджан), Магнитогорское (Урал), Соколовско-Сарбайское (Тургай).
Признаки конвективного скарнообразования:
1) Некоторая удаленность скарново-рудных залежей от контакта с материнской интрузией;
2) Пластообразные, трубообразные формы рудных тел и согласное их залегание с напластованием вмещающих пород;
3) широкое развитие скаполитовой и гидросиликатной минерализации.
На практике магматогенные скарновые месторождения обычно представлены комбинацией обеих систем.
Метаморфогенно-метасоматическая модель. Разработана для магнезиальных скарнов, не связанных с магматическими процессами. Источником тепла здесь выступает мантийный тепловой поток, скарнообразование происходит в регионально метаморфизуемых толщах, источник рудного вещества - глубинные флюиды и скарнируемые породы. Скарны возникают как биметасоматическим, так и инфильтрационным способом. Глубина формирования - 15-30 км, температура - 850-600 °С. Месторождения флогопита (Алданский щит и др.), железа (Таежное, южная Якутия), лазурита (Прибайкалье, Памир, Афганистан).
ТИПЫ СКАРНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
1. Месторождения железа. Выделяют два типа месторождений - островодужный и орогенный. Островодужные чаще всего располагаются в связи с диоритовыми штоками в вулканогенно-осадочных комплексах (туфы и лавы андезитов и базальтов, песчаники, глинистые сланцы, мергели). Представлены известково-скарновыми и скаполит-альбит-скарнами (силикатными) магнетитовыми пластообразными залежами. Форма залежей магнетита объясняется высокой растворимостью пластов карбонатных пород, нацело замещаемых магнетитом). Отмечается большой объем магнетитсодержащих эпидот-пироксен-гранатовых эндоскарнов и широкое проявление натрового метасоматоза (альбит и скаполит). В рудах постоянно присутствуют высокие содержания кобальта и никеля. К этому типу относятся месторождения: Песчанское, Гороблагодатское (Урал), Соколовско-Сарбайское (Западная Сибирь), Дашкесан (Азербайджан), Эмпайр (Канада).
Орогенные месторождения кордильерского типа локализованы в вулкано-плутонических поясах окраин континентов и ассоциируют с кварцевыми монцонитами, гранодиоритами и гранитами, обедненными железом. Скарны приурочены к телам доломитов. Преобладают магнезиальные экзоскарны с форстеритом, тальком, серпентином и сульфидами. Примеры месторождений: Шерегешское (Горная Шория), Игл-Маунтин (Калифорния).
Месторождения внескладчатых областей. Возникновение скарновых тел и оруденения связано с внедрением трапповых расплавов в толщу пород, насыщенных рассолами хлоридов натрия и кальция. При этом возникали трубки взрыва и формировались следующие минеральные ассоциации.
1) Ранние скарны: гранат, диопсид, волластонит, скаполит (700-600 °С).
2) Гидросиликатные скарны: эпидот (500-450 °С).
3) Железные руды: гематит, магномагнетит, Mg-хлорит, Cl-апатит, ангидрит, галит (400-300 °С).
4) Низкотемпературные кварц-карбонатно-сульфидные жилы (300-200 °С).
5) Карбонатные жилы с аметистом, гетитом, изредка - самородным серебром (менее 150 °С).
Большой перепад температуры вызывает быструю кристаллизацию магнетита - происходит образование псевдооолитовых руд с размерами индивидов в доли микрона.
Месторождения Ангаро-Илимской группы, Тёйское (Кузнецкий Алатау).
2. Редкометалльные скарны. Ассоциируют с лейкогранитами и гранитами-рапа-киви, залегающими в известняках.
Месторождение Тырныауз (Северный Кавказ) (известково-скарновое). Состав скарнов и руд: диопсид-геденбергитовый пироксен (с Mn), гроссуляр, везувиан, волластонит, амфибол, ильваит (CaFe2Fe3+Si2O7(O,OH)), флюорит, плагиоклаз. Рудные: шеелит, молибдошеелит, молибденит (сидят в прожилках). Скарновые тела залегают на контактах между мраморами (лежачий бок) и биотитовыми роговиками (лежачий бок), реже внутри тех и других, а также на контакте интрузии лейкократовых гранитоидов с вмещающими породами. Шеелит ассоциирован со скарнами, молибденит сидит в поздних кварцевых прожилках в скарнах, роговиках, гранитоидах и мраморах.
К этой же группе относятся месторождения Чорух-Дайрон и Майхура (Средняя Азия), Санг-Донг (Корея)
3. Свинцово-цинковое оруденение (известковые скарны) приурочено к скарнам пироксенового (геденбергитового) состава (Дальнегорское месторождение). Оруденение развивается после образования скарновых тел.
Минеральный состав: рудные минералы - сфалерит, галенит, халькопирит, пирротин; сопутствующие - геденбергит, волластонит, кварц, кальцит, бораты. Следует отметить наличие радиально-лучистых ритмичных агрегатов волластонита и геденбергита, а также наличие гигантских пустот с великолепными кристаллами кварца, кальцита, сульфидов и боратов. Отложение рудных минералов сопровождается перекристаллизацией скарновых минералов или их замещением кальцитом, кварцем, актинолитом и эпидотом, т.е. гидросиликатной ассоциацией. Общим правилом зональности оруденения для свинцово-цинковых скарновых месторождений является обогащение галенитом верхних частей месторождений и возрастание с глубиной количества сфалерита, халькопирита, пирротина, появления магнетита. Галенит обогащен висмутом, а сфалерит - кадмием.
4. Апомагнезиально-известковоскарновые месторождения.
Хотя по доломитам известковые скарны не образуются, в условиях малых глубин в доломитовых контактах магнезиальные скарны магматического этапа подвергаются замещению известковыми скарнами с развитием по последним медного, редкометалльного и полиметаллического оруденения. Такие месторождения называют апомагнезиально-известковоскарновыми. Замена магния на кальций обусловлена снижением температуры скарнообразования и "выключением" магния из реакций минералообразования.
Признаки. Скарново-рудные залежи этих месторождений наследуют пространственное положение, форму и размеры изначальных магнезиальных скарнов. Для залежей характерны неоднородность строения, отсутствие зональности, сохранение в известковых скарнах реликтов замещенных Mg-скарновых пород и минералов.
Минеральный состав апомагнезиальных известковых скарнов более разнообразен, чем собственно известковых скарнов, что обусловлено длительной историей развития и совмещением парагенезисов двух типов. Типоморфные минералы: клинопироксены (салит-авгит), Mg-везувиан, гроссуляр, волластонит, Ca-слюды (клинтонит). Присутствуют остатки Mg-скарнов (фассаит, шпинель, м-лы группы гумита, флогопит, серпентин по оливину). В продуктах околорудного изменения типоморфны серпентин и Mg-Fe-хлорит (амезит). Месторождения: Хопунвара (Карелия), Тин-Крик (Аляска), Айрон-Маунтин (США) и др.
Примеры месторождений
Месторождения железа: Леспромхозное, Темир-Тау (Горная Шория), Гороблагодатское (Урал), Коршуновское (Сибирь), Тёйское (Кузнецкий Алатау), Таежное (Якутия).
Месторождения меди: Турьинское (Урал), Саяк 1 (Казахстан), Бингхем (США). Обычно меденосные скарны слагают отдельные тела в пределах меднопорфировых месторождений и не имеют самостоятельного значения.
Месторождения молибдена и вольфрама: Тырны-Ауз (Кавказ) Лянгар, Ингичке (Узбекистан), Чорух-Дайрон (Таджикистан), Санг-Донг (Южная Корея).
Месторождения свинца и цинка (полиметаллические): Дальнегорское (Тетюхе), Николаевское (Южное Приморье), Алтын-Топкан (Узбекистан) и др.
Месторождения бора: Титовское и др. (Якутия), (проявления минералов бора характерны для многих скарновых месторождений).
Месторождения флогипита: Слюдянка (Прибайкалье), Гули, Ковдор.
Месторождения лазурита: Малобыстринское (Прибайкалье), Памир, Афганистан.
В скарнах встречаются также руды платины (Бушвельд), золота (Минас-Жераис, Бразилия), бериллия (МаунтУайлер, США), урана и тория (Мэри Кетлин, Австралия), графита (Ботогол, Восточный Саян), хризотил-асбеста и талька (Онот, Восточный Саян) и многих других видов сырья.
Скарны и руды
Как правило, скарны являются лишь рудовмещающими породами, т. е. оруденение локализуется в них не из-за близкоодновременного образования, а по причине "удобства" (скарны - хрупкие породы, обеспечивающие при растрескивании место для отложения оруденения). Единственный тип собственно скарновых руд - метаморфогенный. Наиболее близким к скарновому процессу является отложение магнетита, основная масса которого откладывается все-таки в послескарновую гидросиликатную стадию. Таким образом, скарнообразование не связано генетически с рудообразованием. Это - два независимых процесса, пересекающихся в ряде геологических ситуаций. Образование скарнов, как правило, предшествует формированию руд и в ряде случаев создает благоприятную литолого-фациальную, петрофизическую, структурную и минералого-геохимическую обстановку.