Метасоматическими называются процессы изменения химического состава породы, совершающиеся посредством замещения одних минералов другими [4]. Замещение совершается обычно при участии поровых растворов, которые растворяют одни минералы и немедленно отлагают другие, так что в течение замещения порода в целом сохраняет твердое состояние. Следует различать два крайних случая метасоматоза -- диффузионный и инфильтрационный.

При диффузионном метасоматозе перенос вещества совершается посредством диффузии через застойные поровые растворы. Диффузия через кристаллические решетки минералов или вдоль поверхностных слоев кристаллических зерен тоже может принимать участие, но, как показывают геологические данные, только в микроскопических масштабах. Действительно, существенные проявления диффузионного метасоматоза, распространяющиеся на расстояние в несколько метров, проявляются только локально, в зонах циркуляции растворов. Несравненно более действенны инфильтрационно-метасоматические процессы, в которых компоненты пород переносятся течением просачивавшихся через поры горных пород водных растворов [7]. Инфильтрационно- метасоматические процессы могут захватывать многокилометровые толщи горных пород.

В действительности инфильтрационные процессы всегда сочетаются с диффузионными [1]. Растворы просачиваются вдоль стыков зерен или обтекают отдельные более плотные участки породы, тогда как замещение этих отдельных зерен или участков породы происходит за счет диффузии компонентов. Вследствие диффузии должны смягчаться те резкие фронты замещения, которые создаются инфильтрационным потоком растворов. Однако, прежде всего, необходимо развитие теории крайних случаев чисто инфильтрадионного и чисто диффузионного процессов, на основе чего анализ различных их сочетаний не представит затруднений [8].

Из случаев сочетания инфильтрационного и диффузионного процессов особенно интересны два. При околотрещинном (околожильном) метасоматозе растворы просачиваются по трещине или трещинной зоне, вдоль которой развиваются инфильтрационно-метасоматические явления, тогда как взаимодействие просачивающегося раствора с боковыми породами происходит посредством диффузии компонентов через застойные поровые растворы. При биметасоматозе происходит диффузионное взаимодействие компонентов двух соприкасающихся и способных реагировать между собой пород. Диффузия компонентов происходит через поровые растворы, которые, как правило, находятся в движении, просачиваясь обычно вдоль контакта. Вследствие циркуляции поровых растворов осуществляются привнос и вынос более подвижных компонентов. Если инфильтрация растворов направлена поперек контакта реагирующих пород, то эффект диффузии перекрывается действием более быстрого инфильтрационного переноса компонентов и биметасоматоз (существенно диффузионный процесс) переходит в контактово-реакционный инфильтрационный метасоматоз. Растворение породы с образованием пустот и в других случаях выполнение пустот минералами уже не относятся к собственно метасоматическим процессам, но они часто сопровождают метасоматоз и в дальнейшем будут приняты во внимание.

Любой метасоматический процесс в целом необратим, неравновесен [2]. Однако это не исключает соблюдения некоторых равновесных соотношений. Если фильтрация растворов или диффузия компонентов совершается достаточно медленно сравнительно со скоростью установления равновесия между поровым раствором и соприкасающимися с ним зернами минералов, то в метасоматической системе, в целом неравновесной, может установиться ''локальное равновесие” в каждом отдельно взятом малом участке.

Локальное равновесие может быть определено как такое, при котором в каждой точке системы только ограниченное число параметров (число компонентов +2) может иметь независимую величину, а остальные являются их функциями [3]. При диффузионном метасоматозе приближение к локальному равновесию имеет место в каждом участке. При инфильтрационном метасоматозе необратимые реакции совершаются на резких фронтах замещения, тогда как между ними раствор находится в равновесии с минералами породы. В этом случае можно говорить о ''мозаичном” равновесии как частном случае локального равновесия. В основу развиваемой далее теории метасоматической зональности положено допущение локального равновесия.

Поскольку в природных метасоматических образованиях со значительным приближением осуществляются теоретически выведенные закономерности строения метасоматических колонок, то тем самым доказывается приближение к локальному равновесию при этих природных процессах [4]. В особенности это доказывается образованием резких фронтов замещения, хотя иногда эта резкость частично затушевывается влиянием различной величины зерен (роль поверхностной энергии), неравномерной пористостью, замедленной кинетикой реакций замещения.

При термодинамическом равновесии только ограниченное число параметров системы может иметь независимую друг от друга величину, остальные являются их функциями. В наиболее простых системах наименьшее число независимых параметров, определяющих равновесное состояние системы (''факторов равновесия системы”) , превышает на 2 число ее компонентов. Если давление на одну из фаз (в нашем случае -- на поровый раствор Рж) отличается от давления на остальные фазы (на минералы Рм) , то число факторов равновесия увеличивается на единицу.

В связи с ограниченным числом факторов равновесного состояния системы все ее компоненты могут быть разделены на две группы. Компоненты, экстенсивные параметры которых (массы или мольные количества) являются факторами состояния системы, называются инертными. Компоненты, интенсивные параметры которых (химические потенциалы, фугитивности, активности или концентрации в одной из фаз) являются факторами состояния системы, называются вполне подвижными. Процессы перехода из неравновесного состояния в равновесное совершаются' при постоянстве факторов равновесия, т.е. при постоянстве масс инертных компонентов и соответствующих интенсивных параметров вполне подвижных компонентов, при изменении химических потенциалов инертных компонентов и масс вполне подвижных.

При всех метасоматических процессах одним из факторов равновесия является температура Т окружающей среды [6]. В отношении давления и объема выделяются несколько типов метасоматоза. Обычно метасоматоз происходит без изменения объема породы, на что указывает сохранение реликтов структуры породы и форм в псевдоморфозах (правило Линдгрена - сохранение объема породы при метасоматозе). В этом случае объем породы V становится фактором равновесия. При этом давление на минералы Рм может превосходить давление на поровый раствор Рж . Это возможно, конечно, лишь в том случае, если минералы выполняют почти весь объем V породы, оставляя для порового раствора лишь субмикроскопические поры. Если же в породе имеются более значительные пустоты, то давления на минералы и поровый раствор сравниваются и число факторов равновесия уменьшается на единицу.

В других случаях метасоматоза объем породы может изменяться, тогда как независимым фактором является давление [7]. Давление на минералы зависит от нагрузки выше лежащих пород (литостатическое давление), а иногда от условий тектонического сжатия (стресс) и может превосходить давление поровых растворов, занимающих лишь субмикроскопические поры. В этом случае в число факторов равновесия входят Т, Рм , Рж. Если же давления на минералы и жидкость сравниваются, то одно из них из числа факторов выпадает.

Фактором равновесия является также поверхностная энергия кристаллов, которая быстро уменьшается с увеличением размеров кристаллических зерен. Перекристаллизация с растворением более мелких, менее совершенных или более деформированных зерен с ростом за их счет более крупных и более совершенных кристаллов сопровождается освобождением энергии и потому идет самопроизвольно. Соответственно более мелкие зерна обладают большей растворимостью, чем более крупные. Правда, в настоящее время принято думать, что это различие растворимости может служить причиной перекристаллизации только при крайне малой, микроскопической величине зерна. Однако петрологические наблюдения показывают, что перекристаллизация часто при водит к образованию весьма грубозернистых пород с кристаллами величиной в несколько сантиметров, и трудно объяснить это явление какой-либо другой причиной. Воз можно лишь, что здесь, кроме поверхностной энергии, имеет значение меньшее содержание примесей и дефектов в новообразованных кристаллах. Весьма интересно явление ''роста крупных кристаллов на фронте их растворения”. На фронте растворения мелких зерен минерала иногда наблюдается рост отдельных более крупных кристаллов того же минерала как менее растворимых, причем и эти крупные кристаллы обнаруживают признаки растворения. Некоторые друзы кристаллов, по-видимому, возникают таким образом. Формирование отдельных более крупных зерен замещаемых минералов на фронте их общего растворения нарушает резкость фронтов замещения при метасоматозе.

Изобарическая метасоматическая зональность

В рассмотренных случаях метасоматоза при постоянстве объема пород в разных зонах может развиваться разное давление на минералы. Различие давлений может привести к механическим перемещениям минералов, выравнивающим градиенты давления[9]. Крайним будет тот случай, когда в результате механических перемещений и переотложения более подвижных минералов будет поддерживаться постоянство давления на минералы во всех зонах замещения. При этом давление на минералы может превосходить давление на флюид в микропорах. В число факторов равновесия такой системы вместо объема породы входит давление на минералы, постоянное для всей колонки. Давление жидкости также остается фактором равновесия.

Замена экстенсивного фактора объема V породы на интенсивный фактор давления на минералы Рм влечет за собой уменьшение максимального числа сосуществующих минералов. Это означает отсутствие ''избыточных вполне подвижных минералов” могущих осаждаться по мере падения давления в породе, минералы которой подвергаются растворению. При изобарическом процессе уменьшение давления при растворении минералов породы или при их замещении минералами, занимающими меньший объем, вызывает уменьшение объема изменяемой породы за счет механического сжатия (метасоматическая ''контракция” или ''усадка”). Метасоматическая усадка особенно широко развита в корах выветривания, например при образовании богатых мартитовых руд Кривого Рога. Здесь гипергенное выщелачивание кварца из железистых кварцитов повлекло за собой усадку (сближение) мартитовых зерен породы, слежавшихся в сплошную рудную массу. Метасоматическая контракция встречается и при эндогенных процессах, хотя здесь она имеет меньший размах, чем при гипергенных. Такова, например, контракция при десиликации пегматитов и других полевошпатовых пород, залегающих в доломитах или гипербазитах, приводящая к значительному обогащению усевшейся породы остаточным глиноземом. Так, при замещении гранитных пегматитов, залегающих в доломитах, лазуритовыми и сродными им породами содержание глинозема на единицу объема в результате усадки десилифицированной породы повышается в 2--2,5 раза из-за соответствующего сжатия. Контракцию при эндогенной десиликации железистого кварцита описал также А.А. Глаголев (1957).

При изохорическом процессе весьма характерен случай, когда растворение од них минералов вызывает выпадение из раствора других в силу одного понижения давления на минералы при растворении[8]. При изобарическом процессе это невозможно, и здесь растворение минерала А может вызвать осаждение минерала Q только в том случае, если изменение концентрации раствора, вызванное растворением А, понижает растворимость минерала Q. При изохорическом процессе, как мы видели, может возникнуть колонка >Ж Q \A + Q \A + Ж > с повышенным давлением в зоне А + Q. Повышенное давление здесь возникает потому, что при вступлении растворов в зону А растворимость Q сильно понижается. Равнообъемное замещение А оставляет еще раствор пересыщенным минералом Q, вследствие чего он может еще выполнять пустоты в породе А и повышать таким образом давление в зоне А + Q. В изобарических условиях пустот в породе А не будет, а на фронте замещения А будет осаждаться весь избыток Q. Если объем осаждаемого Q больше объема растворяемого А, то произойдет механическое расширение зоны минерала Q. Так возникнет более простая колонка > Ж\ Q\ А > с концентрациями порового раствора, соответствующими точкам 3 и 1 на фиг. 1.

Фиг. 1. Концентрационная диаграмма Ca- C q двух компонентов, обладающих свойствами осно ваний и взаимно понижающих растворимость друг друга 1--4 -- концентрации компонентов в зонах колонки, в которой минерал Q осаждается на фрон те растворения минерала А

Как мы увидим далее, при диффузионных процессах химическое взаимодействие компонентов в растворе не может вызвать осаждения минералов [9]. Осаждение нереакционных минералов посредством диффузии возможно только при наличии градиента давления, который может обусловить градиент химического потенциала компонента. Отсюда видно, что при изобарическом диффузионном процессе осаждение минералов (в частности, импрегнация рудными минералами) невозможно. Остальные случаи инфильтрационной и диффузионной метасоматической зональности, при которых градиенты давления не имеют значения, остаются в силе и для изобарических условий.

Диффузионная метасоматическая зональность

Имеется в виду предельный случай, когда компоненты перемещаются диффузией через поровые растворы только в одном и обратном ему направлении (т.е. фронты замещения плоские), причем течение поровых растворов отсутствует (застойные пороговые растворы) или же совершается только в направлении, поперечном к направлению диффузии [5]. Компоненты диффундируют независимо друг от друга. Соблюдаются условия локального термодинамического равновесия. Система пор тонка и равномерна, а объем пор незначителен. Замещение идет с сохранением объема. Градиент температуры несуществен [9].

Согласно первому закону Фика, количество n1, компонента i, диффундирующее через единицу площади поперечного сечения в единицу времени t , равно

где Dt - коэффициент диффузии компонента i через данную пористую среду;

x -- градиент концентрации Q компонента i в поровом растворе. Для перехода ко второму закону Фика берем частную производную по расстоянию от обеих частей уравнения (IV. 1)

Здесь i = i + PCt. представляет сумму содержаний компонента г в минералах (г) и в поровом растворе (PQ ) единицы объема породы (Р -- пористость). При незначительной пористости вторым слагаемым мы можем пренебречь. Для системы с k компонентами мы получаем систему из k уравнений:

В системе этих уравнений имеется 2k + 2 переменных а, к,Са ,.... Ск. х, t . Эти пере менные связаны к уравнениями (III.3) и к уравнениями функциональной связи между содержаниями компонентов в породе и их концентрациями в поровом растворе (при постоянных T, V, рж, Р) типа

всего связаны 2k уравнениями. Следовательно, при определенных краевых условиях только два параметра могут изменяться независимо. В качестве независимых параметров мы, естественно, рассматриваем х и t. Рассмотрим простейшие случаи диффузионного метасоматоза -- околотрещинного метасоматоза, когда краевые условия задаются т а к :

или же случаи биметасоматоза с краевыми условиями:

Для этих случаев две независимые переменные х и t уравнения (IV 3) могут быть заменены независимой переменной w = х /. Действительно, частные производные урав нения (IV.3) выразятся через новую переменную следующим образом:

Подстановка производных в (IV.3) дает

Краевые условия для околотрещинной диффузии выразятся так:

и для биметасоматоза:

Решение уравнения (IV .7), удовлетворяющее краевым условиям (IV .8) , (IV.9), будет удовлетворять также уравнению (IV .3) с краевыми условиями (IV .5), (IV.6) , поскольку обратной заменой w = х / уравнение (IV.7) превращается в уравнение (IV-3).

В системе уравнений (IV.7) при указанных краевых условиях и принимая во внимание уравнения связи (IV.4) имеется только одна независимая переменная. Следовательно, как и при инфильтрационном метасоматозе, при диффузионном метасоматозе в многокомпонентной системе разрастание метасоматических зон происходит без изменения их состава, что может быть представлено в форме системы уравнений

Другую форму этих уравнений получим, приравнивая к нулю di и имея в виду уравнение (IV.3) и доказанное постоянство состава разрастающихся зон:

Это уравнение дает скорость перемещения в диффузионной метасоматической колонке сечений, выделенных по постоянному составу. Для сечения с постоянным w (сохраняющего постоянный состав) имеем

т.е. скорость продвижения каждого фронта замещения при диффузионном метасоматозе обратно пропорциональная корню квадратному из времени и расстоянию. Для фронта с прерывным изменением di из формулы (IV .7) получаем

Общие особенности диффузионной метасоматической зональности

Диффузионные метасоматические колонки в ряде отношений сходны с инфильтрационными, но имеются и существенные отличия [3].

Замещение минералов при диффузии, как и при инфильтрации, при принятых упрощающих допущениях происходит на резких фронтах. Это связано с тем, что на протяжении диффузионного перемещения компонента его концентрация в поровом растворе должна с расстоянием непрерывно понижаться или непрерывно повышаться. Пусть вследствие диффузионного привноса компонента f (Cf с расстоянием w понижается) и выноса а (Са с расстоянием w повышается) минерал А замещается минералом F. Равновесие реакции А + (f) = F + (а) возможно лишь при постоянном отношении Са /Cf = К, что вследствие непрерывности изменения концентраций с расстоянием возможно лишь на определенном фронте замещения. Следовательно, при диффузионном метасоматозе, как и при инфильтрационном, образуются резкие фронты замещения. В общем случае на каждом фронте полностью замещается один из минералов, поскольку скорость продвижения фронтов замещения разных минералов раствором различна.

Главное отличие диффузионного метасоматоза от инфильтрационного заключается в том, что при диффузии не происходит химического осаждения минералов [9]. При ин фильтрации выравниваются концентрации компонентов в поровых растворах, тогда как их активности при проникновении в породы могут возрастать, поскольку химическое взаимодействие в растворе привносимых и местных компонентов может вызвать повышение коэффициентов их активности (преимущественно в силу кислотно-основного взаимодействия). При диффузии активности компонентов выравниваются. Диффузия может быть направлена только в сторону уменьшающейся активности компонента, и поэтому диффузионный привнос компонента не может вызвать образования зоны его повышенной активности. Вследствие этого при диффузии невозможен слу чай, когда на фронте растворения минерала А осаждается минерал Q с диффузионным привносом q из источника, в котором раствор был недосыщен этим компонентом q. Невозможен и случай ''обогащения перемещенным компонентом” рассматривавшийся среди инфильтрационных процессов, когда может возникнуть колонка -*Ж\В\А + В + + Ж -+, что тоже связано с повышением коэффициента активности b при втекании раствора в зону, содержащую минерал А [8]. С другой стороны, при диффузионном метасоматозе с образованием реакционных минералов (т.е. содержащих компоненты и замещаемой породы ,и привносимые в нее)| возможно, как и при инфильтрации, местное повышение давления на минералы с повышением концентраций в поровом растворе компонентов, выносимых из породы. Имеет место также повышение активности компонентов, входящих в состав минералов-соединений, на фронте их разложения с уносом части компонентов. Так, при диффузионном разложении полевых шпатов с уносом К20 , Na20 , CaO должно происходить повышение активности остающегося из-за меньшей подвижности глинозема.

Другим важным отличием диффузионных колонок от инфильтрационных является то, что при диффузии возможно полное проявление переменности состава минералов, поскольку вдоль этих колонок происходит непрерывное изменение в поровых растворах концентрации привносимых и выносимых компонентов [7]. При инфильтрационных процессах, как мы видели, в пределах каждой зоны концентрации компонентов в поровых растворах обычно постоянны, и потому переменность состава минералов почти не проявляется.

При инфильтрации давление на минералы в пределах отдельных зон должно быть выравненным, тогда как при диффузии из зон пересыщенных растворов возможно существование градиента давления на минералы. В таких зонах происходит некоторое изменение количественного соотношения минералов с расстоянием, что невозможно при инфильтрационных процессах.

В отношении числа зон диффузионные колонки не отличаются от инфильтрационных [3]. Для определенности будем иметь в виду околотрещинный диффузионный метасоматоз. Если проточный раствор трещины недосыщен, то на каждом фронте замещается по одному минералу исходной породы или по одному промежуточному метасоматическому минералу вплоть до образования пустоты растворения. В этом случае число фронтов будет, очевидно, равно числу минералов колонки, а число зон на единицу больше (z = М + 1). При трещинном растворе, пересыщенном в наибольшей степени одним минералом F, тыловая зона полного растворения будет отсутствовать, зато возможна передовая зона выполнения пустот в исходной породе минералами, пересыщающими раствор, т.е. число зон остается тем же. Если при недосыщенности трещинного раствора возникают зоны реакционных минералов с повышением давления на минералы, то наряду с тыловой зоной полного растворения может возникнуть передовая зона выполнения пустот в исходной породе. В этом случае число зон возрастает на одну (z =М + 2).

В исходной породе с максимальным числом минералов концентрации всех компонентов в поровом растворе фиксированы их зависимостью от минерального состава, так что на протяжении такой породы диффузия не может иметь места. Можно сказать, что все компоненты здесь инертны. В трещинном растворе все концентрации задаются внешними процессами (все компоненты вполне подвижны), и потому в общем случае здесь устойчив не более чем один минерал. При диффузионном метасоматозе происходит выравнивание состава порового раствора, что возможно лишь посредством уменьшения от зоны к зоне числа сосуществующих минералов (с переходом по одному компоненту из инертного в подвижное состояние) вплоть до тыловой мономинеральной зоны или зоны полного растворения.

На каждом фронте полностью замещается по одному минералу [4]. Однако наряду с более характерными случаями, когда в результате замещения число сосуществующих минералов уменьшается на единицу и соответственно один из инертных компонентов становится подвижным, могут возникнуть фронты замещения, где число минералов остается прежним или даже возрастает. Это возможно как при заполнении пустот, так и при образовании реакционных минералов. При пересыщенности трещинного раствора пустоты породы могут выполняться в результате одновременного выпадения всех минералов, пересыщающих раствор трещины [6]. При реакции минерала породы с компонентами раствора возможно замещение его с возрастанием числа минералов. По мере дальнейшей диффузии эти добавочные минералы, в свою очередь, будут замещаться с уменьшением их числа вплоть до мономинеральности.

Геологические выводы

Возникновение правильной зональности при метасоматических замещениях давно описывалось многими авторами [9]. С начала 20-х годов нашего столетия особенное внимание привлекали правильные метасоматические оторочки на контактах пегматитов с гипербазитами. Они рассматривались как результат обменных реакций между пегматитовой магмой и боковой породой. Позднее в известной статье А.Филлипса и Г. Гесса (Phillips, Hess, 1936) аналогичные оторочки были более правильно объяснены как результат диффузионного взаимодействия кристаллических гипербазитов с кристаллическими полевошпатовыми породами при условии наличия гидротермальных растворов. Этот процесс рассматривался ими как ''метаморфическая дифференциация”, не сопровождающаяся привносом или уносом вещества гидротермальными растворами. На примере флогопитовых и лазуритовых, а затем и скарновых месторождений мной была развита теория биметасоматоза, согласно которой образование диффузионных реакционных оторочек между породами происходит в условиях ”вполне подвижного” поведения ряда компонентов, привносимых или уносимых потоком гидротермальных растворов. Мной была также рассмотрена физико-химическая схема разрастания диффузионной околотрещинной зональности. Аналогичное толкование зональности околожильного изменения было развито также Р.Сейлс и Ч. Мейер (Sales, Meyer, 1950).

Во всех упомянутых работах принималось одновременное разрастание нескольких метасоматических зон. Однако вплоть до недавнего времени такое толкование шло вразрез с мнением большинства авторов, принимавших, что метасоматические зоны разного состава образовались не одновременно, а под воздействием различных последовательно сменявших друг друга растворов разного исходного состава, но следовавших по тем же трещинам (гипотеза "пульсации”) , Такого рода пульсационные представления развивались, например, в известной монографии Т.Лавринга (Lovering, 1949).

Смена воздействующих растворов в отдельных случаях, конечно, может иметь место [5]. Но существенно то, что, как показывает теория метасоматической зональности, в общем случае взаимодействия гидротермальных растворов с горными породами должно происходить одновременное разрастание нескольких метасоматических зон. Это действительно как для диффузионных, так и для инфильтрационных процессов.

Интересным выводом из теории является тенденция к образованию резких фронтов замещения, на каждом из которых один из минералов породы полностью замещается. Этот вывод автора первоначально подвергался весьма резкой критике и даже рассматривался как нелепый, логически невозможный. Между тем такие резкие фронты замещения действительно часто наблюдаются в метасоматических породах и ранее рас сматривались как доказательство наличия нескольких стадий метасоматоза, разделенных перерывом во времени и поступлением новых растворов [9]. Вместе с тем резкость фронтов замещения часто смягчается влиянием неравномерной пористости или поверхностной энергии кристаллов, когда около фронта замещения сохраняются реликты незамещенных минералов или (при преобладающем полном замещении мелких кристаллов минерала) нарастают отдельные более крупные и совершенные кристаллы того же минерала. Инфильтрационный метасоматоз при наличии температурного градиента, кроме образования резких фронтов замещения, может выражаться также в постепенном изменении количественных соотношений минералов.

Теоретический вывод о постоянстве состава инфильтрационных и диффузионных зон при их разрастании вполне соответствует наблюдаемому в природе отсутствию зависимости состава метасоматических зон от мощности проявления метасоматоза. Исключением являются некоторые случаи биметасоматоза с прогрессивной десиликацией полевошпатовых пород, реагирующих с гипербазитами или карбонатными породами. Под десиликацией понимается повышение отношения содержания глинозема к кремнезему по мере разрастания диффузионных зон [3]. Прогрессивная десиликация должна наступить, если полевошпатовая порода находится во внутренней стороне изогнутого контакта (т.е. со стороны центра кривизны), как было показано выше. Аналогичные условия наступают, если исходная полевошпатовая порода израсходуется ранее, чем гипербазитовая или карбонатная, или если это устранение исходной полевошпатовой породы вызвано ее неравномерной пористостью и трещиноватостью. При инфильтрационном метасоматозе нет оснований для прогрессивных изменений состава разрастающихся зон, если только влияние градиентов температуры и давления несущественно.

Важнейшим свойством метасоматических процессов является тенденция к уменьшению числа сосуществующих минералов. Отдельные замещения с возрастанием числа минералов тоже возможны, но основной чертой замещения является переход компонентов в подвижное состояние с соответствующим уменьшением числа сосуществующих минералов вплоть до мономинеральной породы как окончательного продукта воздействия раствора произвольного состава. Если замещение не доходит до конца и в последней (тыловой) зоне остается более одного одновременного минерала, то количественное соотношение между этими минералами зависит от соотношения определенных наиболее инертных компонентов исходной замещенной породы.

Эти особенности имеют важное значение для отличия метасоматических образований от магматических и метаморфических. Для магматических пород характерна одно временная кристаллизация нескольких минералов, количественное соотношение которых определяется котектическими и эвтектическими составами магмы, вследствие чего им свойствен более или менее однородный количественный минеральный состав. Так, при гранитизации различных пород возникают граниты довольно постоянного количественного минерального состава, который не может быть объяснен наследованием содержаний наиболее инертных компонентов при метасоматическом замещении исходных пород. Отсюда видна ошибочность представлений трансформистов омета соматическом происхождении гранитов. Вместе с тем гранитизация, несомненно, является замещением, при котором частично сохраняются наиболее грубые черты текс туры гранитизированных пород. Отсюда возникло представление о гранитизации как магматическом замещении под влиянием потоков восходящих ''трансмагматических” или ''сквозьмагматических” растворов.

Теория дает возможность установить критерии различия диффузионных и инфильтрационных метасоматических образований [1]. Наиболее важным признаком является повышение активности привносимых компонентов в ходе метасоматоза, возможное только при инфильтрационном, но не при диффузионном метасоматозе. Особое значение имеет взаимное усиление активности оснований в силу кислотно-основного взаимодействия в растворе. При втекании растворов в породы основного состава (карбонатные, гипербазиты и др.) в них усиливается активность всех оснований, что может привести к осаждению рудных минералов и повышению активности щелочных металлов. Вследствие значительной диффузионной способности щелочных металлов (калия, натрия) вокруг участков основных пород, подвергающихся инфильтрационному замещению, возникают ореолы повышенной ''отраженной щелочности”. Примеры такого рода широко распространены. Так, при пропилитизации, при которой калиевые полевые шпаты на больших площадях подвергаются альбитизации, около известняков остается устойчивым калиевый полевой шпат. При региональном метаморфизме в контактах доломитов нередко образуются щелочные амфиболы и пироксены, даже нефелин и другие щелочные минералы, тогда как в окружающих гнейсах и сланцах развиваются ассоциации нормальной щелочности [9]. В связи с повышением щелочности в таких случаях увеличивается также активность кислорода. Наоборот, при метаморфизме джеспилитов повышенное содержание в них кислорода (освобождаемого при превращении гематита в магнетит) приводит к росту щелочности растворов с развитием в зонах инфильтрации растворов щелочных амфиболов и пироксенов.

Эти случаи повышения активности компонентов проявляются только в зонах более интенсивной циркуляции поровых растворов и невозможны при диффузионных процессах, так как диффузия ведет к выравниванию активностей компонентов [8]. Широкое распространение такого рода явлений при метаморфизме доказывает его инфильтрационный характер. Высказывающиеся время от времени представления о диффузионном характере метаморфизма и о дальней диффузионной миграции компонентов в земной коре, безусловно, ошибочны.

Другим признаком различия является весьма ограниченная или даже исчезающая переменность состава минералов в инфильтрационных метасоматических колонках при полном проявлении переменности состава минералов в диффузионных колонках. Так, например, в разрезах биметасоматических скарновых зон составы пироксена и граната могут постепенно изменяться от диопсида и гроссуляра в эндоскарнах до салита и андрадита в экзоскарнах, тогда как в инфильтрационных скарновых трубах составы пироксена и граната отличаются значительным постоянством [3].

Явления прогрессивной десиликации свойственны только диффузионным процессам. Вследствие быстрого уменьшения скорости диффузии с расстоянием градиенты температуры не могут иметь существенного значения при диффузионных процессах, а градиенты давления могут иметь лишь местное значение при диффузионном механизме выравнивания неравномерных тектонических напряжений в породах. Но при ин фильтрационных процессах, поскольку они распространяются на большие расстояния, градиенты температуры и давления, конечно, имеют очень большое значение. С ними, несомненно, связана вертикальная зональность послемагматических метасоматических процессов.

Закономерная смена явлений кислотного выщелачивания (например, грейзенизации) около контактов гранитоидных массивов преобладающим осаждением оснований на удалении от них наводит на мысль, что с понижением температуры кислотность послемагматических растворов сначала повышается, а потом понижается (Коржинский, 1953) [9]. Однако такое объяснение не является достаточным, так как смена кислотного выщелачивания осаждением оснований не приурочена к какой-либо изотерме, а проявляется вдоль почти всей колонны восходящих послемагматических растворов. Более полное объяснение дает гипотеза ''опережающей волны кислотности”, изложенная в этой работе. Она объясняет также явление ''гидротермальной кислотно-основной дифференциации” с мобилизацией металлов, рассеянных в горных породах на пути просачивания растворов, и с их концентрированным осаждением в жилах и возникновением в одних случаях ''ореолов рассеяния” около рудных тел (преимущественно в телетермальной области), а в других -- ''ореолов выщелачивания” (преимущественно в приконтактовых зонах активных массивов).

Образование волны кислотности непосредственно связано с кристаллизацией магмы, В прогрессивную стадию метаморфизма проявления какой-либо волны кислотных компонентов не наблюдаются. Поэтому проявления волны кислотности могут рассматриваться как доказательства связи соответствующих процессов с магматическими процессами. Вероятно, этот критерий может быть использован для различения минеральных месторождений: с одной стороны -- магматогенных, с другой -- образованных циркуляцией подземных вод без участия магматических процессов.

Список литературы