ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΩΣΗ ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ (Από τη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών).

ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΩΣΗ

ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

(Από τη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών)

Περιληπτική προσέγγιση

Η μετασωμάτωση είναι μία αλλοχημική μεταμορφική διεργασία κατά την οποία η χημική σύνθεση των πετρωμάτων αλλοιώνεται με διαβρωτικό τρόπο ο οποίος προκαλεί την εισαγωγή ή/και την εξαγωγή χημικών συστατικών ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του πετρώματος με  υδατικά διαλύματα. Πρόκειται για μία ταυτόχρονη  διάλυση κι επανατοποθέτηση. Κατά την διάρκεια του μετασωματισμού το πέτρωμα παραμένει σε στερεά κατάσταση. Τα μετασωματικά πετρώματα έχουν, γενικώς, γρανοβλαστικό ιστό.

Ο μετασωματισμός, όπως προκύπτει από τον ορισμό, συνεπάγεται μεταβολές στη χημική σύνθεση των αρχικών πετρωμάτων και τον σχηματισμό νέων αλλάζοντας τα χαρακτηριστικά των πετρογενετικών συστατικών.  Οι μεταβολές αυτές δεν είναι αναστρέψιμες.

Ο μετασωματισμός διαχωρίζεται από άλλες ενδογενείς διεργασίες με τα παρακάτω χαρακτηριστικά:

1. Από την ιοντική αλλαγή στα ορυκτά (πχ ζεόλιθοι) από μηχανισμούς της διάλυσης των ορυκτών συγχρόνως με τη σύνθεση νέων όπου ο όγκος διατηρείται σταθερός σύμφωνα με τον κανόνα του Lindgren (1925) περί διατήρησης του όγκου κατά την διάρκεια του μετασωματισμού.

2. Από την ομάδα των διεργασιών περιλαμβανομένου την πλήρωση των κοιλοτήτων ή/και ρωγματώσεων, κρυσταλλοποίηση του μάγματος καθώς και την αλληλεπίδραση μάγματος πετρώματος ώστε να διατηρείται το πέτρωμα σε στερεά κατάσταση κατά την διάρκεια της αντικατάστασης.

Η χημική και ορυκτολογική σύνθεση των μαγματικών πετρωμάτων είναι ενιαία σ’ όλο το μαγματικό σώμα σε αντίθεση με μετασωματικά πετρώματα που έχουν ζωνώδη δομή.

3. Από τον ισοχημικό μεταμορφισμό  με ουσιώδεις αλλαγές στη χημική σύνθεση είτε με πρόσθεση ή με αφαίρεση σημαντικών στοιχείων εκτός των Η₂Ο και CO₂. Αλλαγές στις συγκεντρώσεις του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα θεωρούνται επιτρεπόμενες στο ισοχημικό μεταμορφισμό, αλλά αντιδράσεις  ενυδάτωσης/ αφυδάτωσης και ενθράκωσης/ απανθράκωσης δεν μπορούν να εντοπιστούν στον μετασωματισμό καθώς παραδοσιακά συσχετίζονται με τον μεταμορφισμό.

4.Από τον μαγματισμό και μεταμορφισμό με τον σχηματισμό ομάδων ζωνών. Αυτές οι ζώνες σχηματίζουν μία χαρακτηριστική ακολουθία ορυκτών (μετασωματική στήλη*) διαμέσου του μετασωματικού σώματος οι οποίες αντιπροσωπεύουν την χημική ισορροπία μεταξύ δυο πετρωμάτων  ή μεταξύ ενός πετρώματος και ενός διηθητικού υγρού (διάλυμα). Στη περίπτωση του διαχυτικού μεταμορφισμού* οι ορυκτολογικές αλλαγές, διαμέσου των ζωνών, είναι συνεχείς, ενώ στην περίπτωση του διηθητικού μεταμορφισμού* γίνονται τμηματικά. Ο αριθμός των μετασωματικών ζωνών σε μία στήλη εξαρτάται από την αλληλεπίδραση των  φυσικοχημικών συνθηκών. Όλες οι ζώνες στη μετασωματική στήλη δημιουργούνται και αναπτύσσονται  ταυτόχρονα αυξάνοντας το πάχος τους.

(*αναλύονται παρακάτω).

Ο διαχωρισμός μεταξύ μεταμορφισμού και μετασωματισμού είναι ότι η προσθαφαίρεση μόνο Η₂Ο και CO₂  είναι μεταμορφισμός, ενώ η προσθαφαίρεση Η₂Ο και CO₂ και άλλων συστατικών είναι μετασωματισμός. Επιπλέον, μελέτες έχουν δείξει [Krilova & al., 1972; Davidchenko, 1983; Glebovitsky & Bushmin, 1983] ότι η διαφορά μεταξύ τους δεν εξαρτάται μόνο από τις μεταβολές της σύνθεσης των συστατικών αλλά κυρίως από το θερμοδυναμικό περιβάλλον αυτών των συστατικών.

Σημειώστε ότι ο μετασωματισμός, ο μαγματισμός και κοιτάσματα μεταλλευμάτων είναι συνήθως συνδεδεμένα χωροταξικά μεταξύ των. Έρευνες για τη συσχέτιση των μετασωματίτων και των κοιτασμάτων μετάλλων ανακάλυψαν ακόμη ότι υπάρχουν μετασωματικά μεταβαλλόμενα πετρώματα τα οποία δεν περιέχουν ορυκτά, γνωστά ως “άγονα πετρώματα”.

ΕΙΔΗ ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ

Υπάρχουν δύο βασικά είδη μετασωματισμού:

Διαχυτικός (diffusional) μετασωματισμός: πραγματοποιείται από τη διάχυση ενός προς διάλυση υλικού μέσω μιας στάσιμης διάλυσης (υγρό). Η διάχυση συντελείται από χημική δραστηριότητα με την εισχώρηση στους πόρους του πετρώματος.

Διηθητικός (infiltrational) μετασωματισμός: πραγματοποιείται από τη μεταφορά  του διαλυμένου  υλικού καθώς διηθείται (φιλτράρεται) διαμέσου των πετρωμάτων που το περιέχουν. Η διήθηση συντελείται από την πίεση και τη συγκέντρωση  όπου το προϊόν της διήθησης εισχωρεί στους πόρους του πετρώματος.

Διαχυτικά μετασωματικά πετρώματα σχηματίζουν συνήθως μη συμπαγή ζωνώδη στρώματα κατά μήκος ρηγματώσεων, φλεβών και επιφανειών επαφής με την σύνθεση των ορυκτών να  μεταβάλλεται σταδιακά διαμέσου κάθε μετασωματικής ζώνης.

Διηθητικά μετασωματικά πετρώματα καταλαμβάνουν γενικώς πολύ μεγαλύτερους όγκους με την σύνθεση των ορυκτών να είναι σταθερή διαμέσου κάθε μετασωματικής ζώνης.

Ο μετασωματισμός, γενικά, περιορίζεται από υδροθερμικές συνθήκες που σχετίζονται με ενδογενείς διαδικασίες στον φλοιό αλλά και στον μανδύα όπου μεταβολές, με  πλήρως καθορισμένες διαδικασίες σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες, συσχετίζονται με συμπυκνωμένα υγρά  των οποίων οι ιδιότητες είναι σε ενδιάμεση κατάσταση (μεταξύ υγρών και μάγματος). Αυτές οι διεργασίες αναφέρονται ως μανδυακός μετασωματισμός.

ΤΥΠΟΙ  ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΙΣΜΟΥ

Ο Korzhinskii (1953) θεωρώντας σημαντική τη σχέση του μετασωματισμού και του μαγματισμού τον διαχώρισε σε δύο στάδια: μετασωματισμός του μαγματικού σταδίου και μετασωματισμός του μεταμαγματικού σταδίου.

Στο πρώτο στάδιο (μαγματικό) ανήκουν οι μετασωματίτες που σχηματίστηκαν στα περιβάλλοντα πετρώματα σε περιόδους όπου διαλύματα  μαγματικών  τηγμάτων διαχωρίστηκαν από την υγρή μαγματική μάζα. Αντίθετα στο δεύτερο στάδιο (μεταμαγματικό) οι μετασωματικές διεργασίες είναι αμφίδρομες και πραγματοποιούνται μετά από την στερεοποίηση και κρυσταλλοποίηση των διεισδυτικών όγκων και συσχετίζονται (οι διεργασίες) με υδροθερμικά διαλύματα που προέρχονται από το ψυχόμενο μάγμα και /ή από άλλες εξωγενείς θερμές πηγές  που οφείλονται, για παράδειγμα, στην ανάμιξη  μαγματικών υγρών με ύδατα κατακρήμνισης

Στη συνέχεια υποδιαίρεσε τις μεταμαγματικές μετασωματικές διεργασίες σε τρία υποστάδια:

α) του πρώιμου αλκαλικού σταδίου, β) της απόπλυσης των οξέων και των αποθέσεων και γ) του τελικού υδροθερμικού σταδίου. Το βασικό σημείο της θεωρίας του, είναι οι μεταβολές της οξύτητας των μαγματογενών υγρών των οποίων η οξύτητα φθάνει σε ένα μέγιστο και μετα μειώνεται. Αυτή η υπόθεση του Korzhinskii, των οξινοαλκαλικών υδροθερμικών διαφοροποιήσεων, ερμήνευσε όλες τις ιδιαιτερότητες των μεταμαγματικών διαδικασιών, δηλαδή την αλλαγή των υδροθερμικών υγρών από όξινα σε βασικά και αντιστρόφως.

Σημειώστε ότι εκτεταμένα γεωλογικά  πειράματα έδειξαν ότι υπάρχουν σαφώς συσχετίσεις, μεταξύ των διαφόρων μετασωματίτων, μεταξύ αυτών και των μεταλλευμάτων και όλες μαζί περιλαμβάνονται σ’ ένα γεωλογικό κύκλο. Για παράδειγμα skarn μετασωματίτες εμφανίζονται πάντοτε νωρίτερα από τους greisens, ή  η ορυκτοποίηση  στους μπερεσίτες και στους αργιλλισίτες υστερεί χρονικά και εμφανίζεται μετά από τον αυστηρά μεταλλογενή μετασωματισμό.

Οι παρακάτω τύποι μετασωματισμού διακρίνοντα ανάλογα με την γεωλογική τοποθέτησή τους:

Αυτομετασωματισμός (autometasomatism): σχηματίζεται στη κορυφή ή κοντά στις φλέβες  του μαγματικού σώματος κατά την διάρκεια του πρώιμου μεταγματικού σταδίου. Τυπικές διεργασίες αυτομετασωματισμού είναι, για παράδειγμα, η αλβιτίωση σε γρανιτικά πλουτωνικά και η σερπαντινίωση των υπερμαφικών πετρωμάτων.

Μετασωμάτωση επαφής: πραγματοποιείται, στο πρώιμο μεταμαγματικό στάδιο, στην επαφή διείσδυσης μεταξύ δυο διαφορετικών πετρωμάτων και μεταξύ ενός μαγματικού σώματος με πέτρωμα, το οποίο μπορεί  να συμβεί σε διαφορά στάδια της μαγματικής εξέλιξης.

Διμετασωματισμός (bimetasomatism): είναι μια παραλλαγή του της επαφής, η οποία προκαλεί αμφίδρομη διάχυση διαφορετικών συστατικών μεταξύ των πετρωμάτων κατά μήκος της εφαπτόμενης επιφάνειάς τους.

Παραφλέβιος (near-vein) μετασωματισμός: είναι τύπος διαχυτικού μετασωματισμού ο οποίος σχηματίζει συμμετρική μετασωματική ζώνωση σε κάθε πλευρά μίας διηθητικής μετασωματικής φλέβας.

Περιοχικός (regional) μετασωματισμός: αναπτύσσεται σε διάφορα γεωλογικά περιβάλλοντα  καταλαμβάνοντας μεγάλες εκτάσεις. Συνήθως σχηματίζει αλκαλικά μετασωματικά πετρώματα κατά την διάρκεια των μαγματικών και πρώιμων μεταμαγματικών σταδίων. Τα περιοχικά μετασωματικά πετρώματα των μεσαίων και ρηχών βαθών του φλοιού σχηματίζουν τις εξωτερικές ζώνες όπου πραγματοποιούνται  διεργασίες  δημιουργίας κοιτασμάτων μετάλλων όπως greisen, πετρώματα χαλαζιο-σερικίτη, προπυλίτες κα.

Αν και υπάρχουν δυσκολίες να διακρίνουμε τις εξωτερικές μετασωματικές ζώνες από εκείνες του μεταμορφισμού, αυτό όμως δείχνει και τη στενή γενετική συγγένεια μεταξύ μεταμορφισμού και μετασωματισμού στο μαγματικό ορίζοντα, η οποία οφείλεται στις αλληλένδετες διεργασίες του μεταμορφισμού, μετασωματισμού και μαγματισμού (Gryaznov, 1992; Plyushchev, 1981; Zhdanov et al., 1978).

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΑΣΩΜΑΤΙΚΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ

Η έρευνα έδειξε την στενή χωροταξική σχέση των μεταλλικών κοιτασμάτων με τους διάφορους τύπους μετασωματικών σχηματισμών ποικίλων χρονικών περιόδων. Ακόμη έδειξε ότι η χρήση των μετασωματίτων για την πρόβλεψη της μεταλλογένεσης απαιτεί μια το όσο το δυνατό αυστηρή ταξινόμηση των μετασωματικών πετρωμάτων, η οποία είναι πιο δύσκολη από ότι σ’ άλλα πετρώματα. Για παράδειγμα η σύνθεση των μαγματικών πετρωμάτων αναγνωρίζεται, σε γενικές γραμμές, από τις μαγματικές ποικιλίες και  την δομή τους η οποία καθορίζει την κρυσταλλοποίησή τους. Επομένως για να προσδιορίσουμε ένα μαγματικό πέτρωμα αρκεί να έχουμε γνώση των ορυκτολογικών και χημικών συνθέσεων καθώς επίσης και τα χαρακτηριστικά της δόμησής του όπως γίνεται για τα ιζηματογενή και μεταμορφωμένα. Για την περίπτωση, όμως, των μετασωματικών πετρωμάτων η γνώση της σύνθεση και της δόμησής των είναι εντελώς ανεπαρκής, διότι αυτά εξαρτώνται από τη ταυτόχρονη επίδραση των αντικατεστημένων πετρωμάτων, ως προς το πόσο  έχει «προχωρήσει» η μετασωμάτωση και από τις ιδιότητες των διαλυμάτων. Έτσι για να προσδιορισθούν με ακρίβεια οι μετασωματίτες, τα κριτήρια που θα χαρακτηρίσουν τις πετρογενετικές διαδικασίες και κυρίως τίς ιδιότητες των διαλυμάτων, είναι θεμελιώδους σπουδαιότητας.

Γενικά χαρακτηριστικά των μετασωματικών σχηματισμών.

Κάθε μετασωματικό σώμα που σχηματίζεται από τη δράση των υδροθερμικών διαλυμάτων ενός συγκεκριμένου γενετικού τύπου, έχει μια ζωνώδη δομή η οποία χαρακτηρίζεται είτε ως μετασωματική στήλη (αν το μετασωματικό σώμα σχηματίζεται σε ομογενές περιβάλλον) ή μετασωματικές στήλες (αν σχηματίζεται σε ανομοιογενές περιβάλλον).

Η σύνθεση μίας εσωτερικής ζώνης που χαρακτηρίζει μία κατάσταση ισορροπίας μεταξύ του πετρώματος και της αρχικής διάλυσης προσδιορίζεται από τις ιδιότητες της διάλυσης.

Η σύνθεση μίας εξωτερικής ζώνης που χαρακτηρίζει μία κατάσταση ισορροπίας μεταξύ του πετρώματος  και της εξατμισμένης διάλυσης προσδιορίζεται από τη σύνθεση του πετρώματος που υπόκειται σε υποκατάσταση.

Σε κάθε υδροθερμική διεργασία μετασωματισμού διακρίνονται, αφενός ένα πρώιμο στάδιο μετασωματισμού στο πέτρωμα και αφετέρου τα τελικά στάδια στα οποία σχηματίζονται φλέβες, τσιμεντοποιούνται τα ρήγματα  και οι υδροθερμικές περιφλέβιες τροποποιήσεις υπερτίθενται των νωρίτερα σχηματιζόμενων μετασωματίτων.

Πέντε ομάδες ορυκτών συμβάλλουν στη σύνθεση των μετασωματίτων:

1. Τα ορυκτά που σχηματίζονται στα πρώιμα στάδια του υδροθερμικού μετασωματισμού.

2. Τα ορυκτά του αρχικού πετρώματος παραμένουν σταθερά κατά την διάρκεια του μετασωματισμού.

3.Υπόλοιπα ορυκτών, τα οποία δεν συμμετείχαν στην αντικατάσταση, παρά τη σταθερότητά τους κατά τη διάρκεια του μετασωματισμού, αλλά και απέτρεψαν την ολοκλήρωση των μετασωματικών αντιδράσεων, διατηρήθηκαν στα μετασωματικά πετρώματα.

4.Τα ορυκτά που σχηματίστηκαν στα τελικά στάδια των οποίων η ανάπτυξη δεν ξεκίνησε στα πρώιμα στάδια.

5.Τα ορυκτά τα οποία συνετέλεσαν στη σύνθεση των φλεβών, στη τσιμεντοποίηση των ρηγμάτων και είχαν σχηματιστεί εξαιτίας της πλήρωσης των ελεύθερων κοιλοτήτων.

Βασικές αρχές της ταξινόμησης των μετασωματίτων.

Η έννοια των συσχετιζόμενων ομάδων μετασωματικών φάσεων η σχηματισμών, επέτρεψε την ανάπτυξη μια ιεραρχικής γεωλογικής δομής, που καθορίζει το σύστημα της ταξινόμησης, όπου κάθε μετασωματικός σχηματισμός περιλαμβάνει ένα σύνολο πετρωμάτων με κοινό χαρακτηριστικό μία συγκεκριμένη πετρογενετική διεργασία.

Η ιεραρχική δόμηση αποτελείται (από την απλή προς την σύνθετη) ως ακολούθως:

Α. Η μετασωματικής ζώνη (στήλη) αντιπροσωπεύει ένα φυσικό σώμα που σχηματίστηκε από μία σταθερή παραγένεση ορυκτών σε ισορροπία. Αυτή η ζώνη θεωρείται ως το αρχικό στοιχείο της ιεραρχικής κλίμακας για την ταξινόμηση.

Β. Η μετασωματική φάση αντιπροσωπεύει την ολότητα των μεταμορφικών ζωνών (στηλών), οι οποίες αναπτύσσονται κάτω από τις ίδιες φυσικοχημικές συνθήκες οι οποίες είναι: η σύνθεση των αρχικών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων, οι συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, pH, Eh και η σύνθεση των μετασωματικών διαλυμάτων.

Γ. Ο μετασωματικός σχηματισμός* αντιπροσωπεύει μια ολότητα μεταμορφικών φάσεων, οι οποίες σχηματίστηκαν από διαλύματα συγκεκριμένου πετρογενετικού τύπου. Αυτές οι φάσεις διαφέρουν μεταξύ των από την εμφάνιση ή εξαφάνιση ορυκτολογικών παραγενέσεων ή μετασωματικών ζωνών που χαρακτηρίζονται από την διαφοροποίηση ενός η περισσοτέρων φυσικοχημικών παραμέτρων.

Συγκεκριμένα, αν τα ορυκτά είναι παραγενέσεις των στοιχείων και τα πετρώματα είναι παραγενέσεις των ορυκτών τότε οι γεωλογικοί σχηματισμοί είναι παραγενέσεις των πετρωμάτων.

(* «σχηματισμός»: έτσι αναφέρεται στα ρωσικά, ενώ οι μεταφραστές  στα αγγλικά  χρησιμοποιήσαν τον όρο «οικογένεια (family)» τον οποίο δεν  υιοθέτησα).

Ο μετασωματικός σχηματισμός θεωρείται ως το βασικό στοιχείο της ταξινόμησης.

Η χρήση του όρου «σχηματισμός» για την ταξινόμηση της μετασωμάτωσης είναι καλώς εδραιωμένη λόγω της ύπαρξης στενά συνδεμένων ομάδων μετασωματικών πετρωμάτων τα οποία διαμορφώνονται μεθοδικά σε διάφορες περιοχές των αρχικά γεωλογικών περιβαλλόντων. Κάθε τέτοια ομάδα σχηματίζεται από τη δράση των διαλυμάτων ενός συγκεκριμένου γενετικού τύπου.

Δ. Η ομάδα των μετασωματικών σχηματισμών αντιπροσωπεύει μετασωματίτες, με γνωστά γενετικά χαρακτηριστικά, διαδοχικής επεξεργασίας οι οποίοι ανήκουν σε ποικίλους τύπους μετασχηματισμών αλλά του ιδίου υδροθερμικού κύκλου. Τέτοιες ομάδες διακρίνονται για την εξάρτησή τους από ένα τύπο μαγματισμού και από το βάθος εμφάνισής του. Για παράδειγμα μια γρανιτική εισχώρηση σε ένα τύπο μαγματισμού, σχηματίζει πυριτικο-αλκαλικούς μετασωματίτες (προϊόν γρανιτοποίησης), μαγνησιακά skarns, αστριούχους μετασωματίτες, ασβεστο-skarns* και greisens* τα οποία διαμορφώνουν μία ομάδα από συσχετιζόμενους μετασωματικούς σχηματισμούς. (*αναλύονται παρακάτω).

Η βασική έννοια των μεταμορφωτικών σχηματισμών είναι η οξινο-βασική αντίδραση των υδροθερμικών υγρών και η εν γένει διαχρονική τους εξέλιξή  καθώς ψύχονται από  ασθενώς αλκαλικά σε όξινα και ακολούθως σε πλήρως αλκαλικά υποστάδια. Η σχετική μετασωματική διεργασία συνεπάγεται μεταβολή στη συνολική μάζα που οφείλεται στην τροφοδοσία/απώλεια των όξινων (SiO2, F, Cl, SO3, CO2, κλπ.) και αλκαλικών/βασικών (K2O, Na2O, CaO, MgO κλπ.) συστατικών.

Τα όξινα μετασωματικά πετρώματα (ή τα προϊόντα της όξινης έκπλυσης) διακρίνονται για α) τον εμπλουτισμό με όξινα συστατικά και β) για την εξάντληση των αλκαλίων και των αλκαλικών γαιών που συσχετίζονται με τα αρχικά πετρώματα. Κάθε ένας από τους μετασωματικούς σχηματισμούς σχετίζεται με τα αρχικά πετρώματα. Ο αλκαλικός και βασικός μεταμορφισμός συντελεί στην αντιθέτου φοράς ανταλλαγής μάζας.

Ετσι κάθε μετασωματικός σχηματισμός διαχωρίζεται ευκρινώς σε συγκεκριμένες τιμές Τ-pΗ και οι πιο κοινοί σχηματισμοί  φαίνονται στο σχήμα:

Τα πεδία του σχήματος κατατάσσονται σε δύο κατηγορίες, από αν έχουν χαλαζία ή όχι (όξινα και ουδέτερα – αλκαλικά).

Η όξινη κατηγορία διαιρείται περαιτέρω σε τρείς υποκατηγορίες σχηματίζοντας ενότητες ίδιας περίπου οξύτητας σύμφωνα με την σταθερότητα των (1) αργιλικών ορυκτών, των (2) μοσχοβίτη – υδρο-μαρμαρυγιών και των (3)  άστριων. Η αλκαλική κατηγορία διαιρείται με τον ίδιο τρόπο σε υποκατηγορίες σταθερών παραγενέσεων περιέχουσες (1) άστριους και (2) αστροειδή (νεφελίνη).

Υδροθερμικός κύκλος, τα στάδια του και η σχέση του με τον μαγματισμό και την ορυκτοποίηση.

Μεταξύ των διαφόρων τύπων σχηματισμού μετασωματίτων υπάρχουν διάφορες αμοιβαίες χωροχρονικές γενετικές σχέσεις. Μερικές απ’ αυτές είναι διαδοχικές μεταμαγματικές παραγωγικές δραστηριότητες και άλλες ανήκουν σε στάδια διαφορετικών χρονικών περιόδων.

Αυτές οι σχέσεις βοηθούν στη μεταλλογενετική ανάλυση και ακολούθως στον εντοπισμό κοιτασμάτων.

Υδροθερμικός κύκλος σημαίνει μια τερματισμένη περίοδο υδροθερμικής δραστηριότητας η οποία χαρακτηρίζεται από μία εξελικτική σύσταση των ιδιοτήτων των μαγματικών διαλυμάτων. [Zharikov and Omelianenko, 1965].

Η έννοια  του υδροθερμικού κύκλου μας επιτρέπει όχι μόνο να περιγράψουμε μια φυσική ομάδα υδροθερμικών μετασωματικών διεργασιών άλλα και να καθιερώσει μια παραλληλότητα μεταξύ της υδροθερμικής δραστηριότητας και άλλων γεωλογικών διεργασιών, όπως ο μαγματισμός [Skoroskelpine, 1974; Velichkine and Volovikova, 1978].

Αυτό δεικνύει ότι η υδροθερμική δραστηριότητα, προφανώς, συνδέεται με συμπαγείς μαγματικούς όγκους καθώς επίσης και με όλα τα χαρακτηριστικά του μαγματικού σύμπλεγματος, καθένα από τα οποία προσδιορίζει ένα στάδιο του τεκτονο-μαγματικού κύκλου.

Οι περισσότεροι από τους γνωστούς τύπους μετασωματίτων χαρακτηρίζονται για την σύνδεσή τους με τέτοιους  μαγματικούς σχηματισμούς. Σε κάποιες περιπτώσεις η σχέση είναι άμεση, γενετική και εκφράζεται με τη επαφή των μετασωματίτων με μαγματικά σώματα καθορισμένης σύνθεσης. Σ’ άλλες περιπτώσεις οι μετασωματίτες βρίσκονται πολύ μακριά από τα μαγματικά σώματα κατά το χρόνο του σχηματισμού τους. Ακόμη έχει παρατηρηθεί σχέση μεταξύ του μετασωματικού τύπου και της φύσης των σχηματισμών. Σ΄ αυτή την περίπτωση ομιλούμε για παραγενετικές συνδέσεις. Οι εν λόγω  αλληλεξαρτήσεις θεωρούνται, γενικώς, υπεύθυνες για τους υδροθερμικούς μετασωματικούς σχηματισμούς οι οποίοι αναπτύσσονται σε περιοχές με μαγματισμό γρανιτοειδών, αλκαλικών και υπερβασικών διεισδύσεων ή  σε περιοχές με όξινη η αλκαλική ηφαιστειότητα.

Υπάρχουν μεταξύ των διεργασιών του μετασωματισμού, μετασχηματισμού και των ορυκτολογικών κοιτασμάτων οι ακόλουθες σχέσεις:

α) εμφανίζονται συγχρόνως και η ορυκτοποίηση εντοπίζεται σε συγκεκριμένες ζώνες της μετασωματικής στήλης,

β) η ορυκτοποίηση λαμβάνει χώρα λίγο αργότερα από  ότι στους μετασωματίτες ως αποτέλεσμα κοινής υδροθερμικής διεργασίας και

γ) οι μετασωματίτες και η ορυκτοποίηση δεν συνδέονται γενετικά αν και ο μετασωματισμός συμμετέχει στην ορυκτοποίηση.

Οι μετασωματικοί σχηματισμοί (παραπάνω σχήμα)

Φενίτης (Fenite)

Οι φενίτες είναι υψηλής θερμοκρασίας μετασωματικά πετρώματα, τα οποία σχηματίζονται στο μαγματικό στάδιο κατά την διείσδυση αλκαλικών σε πυριτικά πετρώματα, με σύνθεση Κ-Νa άστριους (περθίτες - αντιπερθίτες), αλβίτη, νεφελίνη, αλκαλικούς πυρόξενους (αιγιρίνη, διοψίδιο, αιγιρινοαυγίτη), αλκαλικούς αμφίβολους [ριμπεκίτη, χαστινγκσίτη (hastingsite), ριχτερίτη, αρφβεδσονίτη (arfvedsonite)] και με επουσιώδη βιοτίτη, φλογοπίτη, μαρμαρυγίες, ιλμενίτη, τιτανίτη, απατίτη και μερικές φορές ασβεστίτη (Brögger, 1921; Bardina & Popov, 1994; Evdokimov, 1982) .

Οι φενίτες συσχετίζονται με αλκαλικά υπερμαφικά συμπλέγματα και μπορούν να αντικαταστήσουν ένα μεγάλο εύρος πετρωμάτων περιλαμβανόμενων υπερμαφικών πετρωμάτων και ανθρακίτες, που έχουν σχηματιστεί στα πρώτα μαγματικά στάδια, καθώς επίσης όξινα πετρώματα όπως γρανιτογνεύσιοι και σπάνια ψαμμίτες.

Η διαδικασία της φενιτίωσης συμβαίνει σε άλως εξωεπαφής νεφελινικού συηνίτη. Οι φενίτες σχηματίζονται μερικώς ή ολικώς κατά την διάρκεια του μαγματικού σταδίου από ακόρεστα πυριτικά αλκαλικά μαγματικά υγρά. Η μεταφορά του υλικού θα τροποποίηση την αρχική σύνθεση των πετρωμάτων (τα πετρώματα έχουν συνήθως σημαντικά λίγα αλκάλια από ότι το μάγμα και είναι πυριτικά κορεσμένα) ως προς τη σύνθεση του μάγματος διαμέσου μίας σειράς μεταμορφωτικών ζωνών. Το πλάτος της φενιτιωμένης άλω μπορεί να επεκταθεί σε αρκετά χιλιόμετρα.

Η ζώνωση των φενίτων εξαρτάται απολύτως από την σύνθεσή των αντικατεστημένων πετρωμάτων και από αυτή του μάγματος. Σε μία γενική θεώρηση η πρώτη εξωτερική ζώνη χαρακτηρίζεται από την εξαφάνιση του χαλαζία. Η επόμενη (ενδιάμεση) αποτελείται συνήθως από πυρόξενο ή αμφίβολο + ορθόκλαστο  και /ή αλβίτη. Η εσωτερική ζώνη περιέχει νεφελίνη και βλαστούς αλκαλικού μάγματος.

Skarn

Skarn είναι ένα μετασωματικό πέτρωμα που σχηματίζεται κατά την επαφή μεταξύ πυριτικού (ή μαγματικού τήγματος) με ένα ανθρακικό πέτρωμα. Αποτελείται από Ca-Mg-Fe-Mn πυριτικά τα οποία είναι σχεδόν άνυδρα. Τα skarns (Goldschmidt, 1911) μπορούν να σχηματίσουν επίπεδα σώματα κατά μήκος της επαφής (skarns επαφής) ή αναπτύσσονται με την μορφή φλεβών και σωλήνων εισχωρώντας σε ανθρακικά ή/και πυριτικά πετρώματα (φλεβικά skarns). Ακόμη σχηματίζονται είτε από μαγματικά ή άλλα πυριτικά πετρώματα και ονομάζονται ένδοskarns (endoskasns), ή από ανθρακικά  και ονομάζονται έξωskarns (exoskarns).

Η εξωτερική ζώνη των ένδοskarns ή η πλησιέστερη ζώνη των έξωskarns προς τα μητρικά μαγματικά σώματα, δεν περιέχουν μόνο Ca-Mg-Fe πυριτικά αλλά και άστριους και/ή αστροειδή. Γι’ αυτά ο Korzhinskii εισήγαγε μία ιδιαίτερη ονομασία «σχεδόν πετρώματα skarn» (near-skarn rock).

Σύμφωνα με την σύνθεσή τους και τα γενετικά χαρακτηριστικά τους τα skarns διαιρούνται σε δύο μεγάλες ομάδες τα μαγνησιακά skarns τα οποία αναπτύσσονται στις επαφές με μαγνησιο-ανθρακικά πετρώματα (δολομίτες ή μαγνησίτες), και τα ασβεστο -skarns τα οποία σχηματίζονται σε επαφές με ασβεστόλιθους και μάρμαρα φτωχά σε Mg.

Μαγνησιακά skarns είναι υψηλής θερμοκρασίας πετρώματα περιέχοντα φορστερίτη, διοψίδιο, σπινέλλιο, περίκλαστο, κλινοχουμίτη, φλογοπίτη, παργασίτη. Συνήθως φιλοξενούν κοιτάσματα σιδήρου, φλογοπίτη καθώς και Cu, Au, Fe-Mg βορικά

Οι παρακάτω κύριοι τύποι μετασωματικών στηλών είναι οι πλέον διαδομένοι των μαγνησιακών skarns του μαγματικού σταδίου

1. μάγμα  – κλινοπυρόξενος + σπινέλλιος  – ολιβίνης + σπινέλλιος + περίκλαστο – δολομίτης;

2. μάγμα  – κλινοπυρόξενος + σπινέλλιος  – κλινοπυρόξενος + ολιβίνης – σπινέλλιος – ολιβίνης + σπινέλλιος  + ασβεστίτης – ολιβίνης + σπινέλλιος + δολομίτης + ασβεστίτης – δολομίτης;

3.μάγμα – κλινοπυρόξενος + πλαγιόκλαστο – κλινοπυρόξενος + σπινέλλιος – φορστερίτης + σπινέλλιος – φορστερίτης + σπινέλλιος + δολομίτης – δολομίτης.

Τα μαγνησιακά skarns, τα οποία συσχετίζονται με μεταμαγματικά στάδια, έχουν μελετηθεί σε γνευσιακά συμπλέγματα του Προκάμβριου. Σχηματίζονται με αντιδράσεις επαφής δολομιτών και αργιλλοπυριτικών πετρωμάτων μέσω μηχανισμών διάχυσης και διήθησης και λειτουργούν συνήθως ως αντικαταστάτες (μερικώς ή ολικώς) των πρώην μαγνησιακών skarns που αναπτύχθηκαν κατά το μαγματικό.

Η παραγενετική ανάλυση δείχνει ότι καθοριστικής σημασίας του σχηματισμού τους, εκτός από το βάθος, είναι το αλκαλικό και σιδηρούχο περιβάλλον. Ο φάσεις που επηρεάζονται από το εν λόγω περιβάλλον είναι:

α) φάσεις πυρόξενου - σπινέλλιου σε συνθήκες χαμηλής αλκαλικότητας και περιεκτικότητας σε σίδηρο,

β) φάσεις σπινέλλιου – παργασίτη  σε συνθήκες αυξανόμενης περιεκτικότητας σε σίδηρο αλλά όχι υψηλής αλκαλικότητας,

γ) φάσεις φλογοπίτη χαρακτηριζόμενες από μέση αλκαλικότητα και χαμηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο και

δ) φάσεις φλογοπίτη - παργασίτη σε συνθήκες αυξανόμενης περιεκτικότητας και κανονικής αλκαλικότητας.

Η ιδιαιτερότητα της ζώνωσης είναι ότι καθορίζεται από την αλληλεπίδραση των αδρανών συστατικών, από τον μηχανισμό ανάμιξή τους, από το περιβάλλον των μεταμαγματικών διαλυμάτων και από το βαθμό αλκαλικότητας και περιεκτικότητας σε σίδηρο.

Διακρίνονται οι παρακάτω τύποι μετασωματικών στηλών του μεταμαγματικού σταδίου των μαγνησιακών skarns:

1.γνεύσιος, - κρυσταλλικοί σχίστες – κλινοπυρόξενος + πλαγιόκλαστο + σκαπόλιθος → κλινοπυρόξενος + σκαπόλιθος → κλινοπυρόξενος + σπινέλλιος → κλινοπυρόξενος → φορστερίτης + ασβεστίτης + δολομίτης.

2 γνεύσιος – κλινοπυρόξενος + πλαγιόκλαστο + σκαπόλιθος → κλινοπυρόξενος +σκαπόλιθος → κλινοπυρόξενος+ παργασίτης → κλινοπυρόξενος + σπινέλλιος → κλινοπυρόξενος + φορστερίτης + ασβεστίτης → δολομίτης.

3 γνεύσιος → κλινοπυρόξενος  + πλαγιόκλαστο + σκαπόλιθος →-  κλινοπυρόξενος + σκαπόλιθος →  κλινοπυρόξενος + φλογοπίτης → φλογοπίτης →κλινοπυρόξενος → φορστερίτης + ασβεστίτης → δολομίτης.

Το θερμοκρασιακό εύρος  όπου τα μαγνησιακά skarns σχηματίζονται είναι περίπου 750-450⁰C σε πιέσεις των 0.5-10 kbar.

Ασβεστο-skarn: είναι υψηλής έως μέσης θερμοκρασίας πέτρωμα του οποίου η ορυκτολογική σύνθεση  χαρακτηρίζεται από την υποχρεωτική παρουσία ασβεστο-πυρόξενου  παράλληλα με διοψίδιο – χεδενμπεργκίτη (hedenbergite) καθώς και ασβεστο-γρανάτες με γροσσουλάριο – ανδραδίτη. Όλα τα ασβεστο-skarns ανήκουν στο μεταμαγματικό στάδιο. Ουσιώδη ορυκτά είναι γρανιτικός γρανάτης, βεζουανίτης, κλινοπυρόξενος, βολλαστονίτης, ροδονίτης (rhodonite), μπουσταμίτης (bustamite), επίδοτο, σκαπόλιθος, πλαγιόκλαστο και επουσιώδη είναι πιο υψηλής θερμοκρασίας πυριτικά με αναλογία Ca/Si ≥ 1.5. Μπορεί να εγκλείουν κοιτάσματα Fe, Cu, W, Mo, Be, B, U, REE.

Η αλληλουχία των φάσεων, χαρακτηρίζεται από μία ζώνη δύο ορυκτών: ένα από ανδεσίτη ή σκαπόλιθο ή Κ-άστριο και ένα από σαλίτη ή γροσσουλάριο ή επίδοτο, ακολουθούμενο από ζώνη ενός ορυκτού (γρανιτικός γρανάτης ή ασβεστο-πυρόξενος). Οι συγκεκριμένες ορυκτολογικές συνθέσεις εξαρτώνται  και από τις τιμές πίεσης και θερμοκρασίας  καθώς επίσης  και από τις χημικές δραστηριότητες των Na2O, K2O, F2, Cl2, SO3, FeO, O2, CO2.

Τα τυπικά ασβεστο-skarns σχηματίζονται σε θερμοκρασιακό εύρος  650-400⁰ C  και πίεση  0.5-4 kbar

Υψηλής θερμοκρασίας ασβεστο-skarns φάσεις χαρακτηρίζονται από ζώνες περιέχουσες πλούσια σε  Ca πυριτικά όπως γκεχλενιτικός μελιλίτης (gehlenitic melilite Ca₂Al(AlSiO₇)), τιλλεϋίτης (tilleyite (Ca₅(Si₂O₇)(CO₃)₂), σπουρρίτης (spurrite Ca₅(SiO₄)₂(CO₃)) ρανκινίτης (rankinite Ca₃Si₂O₇₎, κιλχοανίτης (kilchoanite Ca₆(SiO₄)(Si₃O₁₀)) και μερβινίτης (merwinite. Ca₃Mg(SiO₄)₂).

Η θερμοκρασία σχηματισμού τους είναι 700-900⁰ C σε πίεση 0.5-1.5 kbar

Κοιτάσματα του μαγνητίτη μπορούν να σχηματισθούν με την συνύπαρξη skarn, γρανάτων και κλινοπυρόξενους. Ο σχηματισμός των παραγενέσεων χεδενμπεργκίτη και χιοχαννσενίτη (johannsenite) με χαλαζία και χαλαζία – γρανάτη  καθώς επίσης και αμφίβολων, λαμβάνει χώρα κατά την διάρκεια μετα-skarn μετατροπών μαζί με την ή μετά την διάσπαση των skarn ορυκτών και σχηματίζονται διαφορετικοί τύποι κοιτασμάτων: W, Sn, Be, Mo, B, Cu, Au, Ag, U, REE.

Ροντιγκίτης (Rodingite): είναι μετασωματικό πέτρωμα αποτελούμενο κυρίως από γροσσουλαριακό ανδραδίτη, γρανάτη και από κοιτάσματα ασβεστο πυρόξενου, βεζουβιανού, σκαπόλιθου και κοιτάσματα σιδήρου. Αντικαθιστά εγκλείσματα βασικών πετρωμάτων εντός σερπερντινιωμένων υπερμαφικών σωμάτων όπως ηφαιστειακά πετρώματα και αμφιβολίτες.

Η ορυκτολογική σύνθεση των σχηματισμών του ροντιγκίτη αποτελείται από γροσσουλάριο, κλινοπυρόξενο, βεζουβιανίτη, επίδοτο, σκαπόλιθο, και μαγνητίτη ή αιματίτη. Ο σχηματισμός τους απαιτεί παρουσία του CaO. Οι ροντιγκίτες συνήθως βρίσκονται εντός σερπεντιωμένων μαζών έχοντας προφανώς αντικαταστήσει σώματα βασικών πετρωμάτων.

Greisen: είναι υψηλής έως μέτριας θερμοκρασίας μετασωματικό πέτρωμα που χαρακτηρίζεται από χαλαζία και μαρμαρυγίες καθώς επίσης από τοπάζι φθορίτη, τουρμαλίνη και δευτερευόντως αμαζονίτη, ορθόκλαστο, ανδαλουσίτη και διάσπορο. Φιλοξενούν κοιτάσματα Be, W, Mo, Sn και Ta. Συσχετίζονται με τους υψηλού βαθμού ορογενετικούς λευκογρανίτες και αντικαθιστούν γρανίτες, ψαμμίτες και μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους.

O όρος εισήχθη από τον V.I.Smirnov ως «κοιτάσματα greisen» και αρχικά καθόριζε πετρώματα χαλαζιο-μοσχοβίτη τα οποία είχαν σχηματιστεί με μετασωματισμό γρανιτικών πετρωμάτων, ψαμμίτων, σχιστόλιθων καθώς και ηφαιστειογενών. Αργότερα, με ευρύτερη έννοια, προσδιορίζεται ως greisen:

1) μια στενή χρονική και γενετική σχέση με υπερόξινους γρανίτες,

2) μια συγκεκριμένη συλλογή σπανίων μετάλλων (Be, W, Mo, Sn, Bi),

3) χαρακτηριστικές κοιτασματικές μεταβολές όπως η ανάπτυξη από γκρεϊνσενιτίωση, χαλαζία, λευκομαρμαρυγίες, τοπάζι, φθορίτη, τουρμαλίνη και

4) υψηλή συμμετοχή στις διεργασίες σχηματισμού ορυκτών από πτητικά και όξινα συστατικά:

F, Cl, B, S, CO2   [Nakovnik, 1954; Shcherba, 1968, Rundqvist et al., 1971].

Να σημειωθεί ότι οι γρανίτες με τους οποίους  συσχετίζονται τα greisens είναι μεταορογενετικού τύπου. Αυτό δημιουργεί περιοχές σταθερότητας, όπου αναπτύσσονται διάπυρα (diapirs) (σχήμα) έχοντας στη βάση τους μία μανδυακή εισχώρηση (mantle plume) και ζώνες μικρότερης πυκνότητας στον μανδύα και στον κατώτερο φλοιό γεγονός που διευκολύνει στη δημιουργία dykes  (βλέπε μεταμορφωμένα πετρώματα).

Το χρονικό διάστημα, μεταξύ του πλήρους σχηματισμού του γεωσύγκλινου  και της εισχώρησης των μεταορογενετικών γρανίτων, υπολογίζεται σε 75-100Ma.

Τα greisens πετρώματα επεκτείνονται πλησίον των ζωνών επαφής και στη οροφή των γρανιτοειδών εισχωρήσεων, κυρίως, σε εκείνες με μεγάλο ποσοστό σύνθεσης SiO₂.

Τα περισσότερα κοιτάσματα greisen περιορίζονται σε γρανιτικά σώματα σε σχετικά μικρή αναλογία και τα greisens των εξω-επαφών σχετίζονται μερικώς με ζώνες dyke.

Ακόμη διαιρούνται σε δύο κατηγορίες: σ’ αυτά που αντικαθιστούν Al-Si  πετρώματα (φάσεων χαλαζία, χαλαζία-μοσχοβίτη, μοσχοβίτη - Κ-άστριους, χαλαζία – τουρμαλίνη και χαλαζία-τοπάζι) και σ’ αυτά που αντικαθιστούν Al-Si ακόρεστα πετρώματα (φάσεων φθορίτη – μοσχοβίτη και άστριων- φθορίτη).

Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται πλευρικά και κάθετα η μετασωματική ζώνωση των κυρίων βιομηχανικών greisen όγκων στο Akchatau (Kazakhstan). Αποτελεί και παράδειγμα ζώνωσης.

1. μεσόκκοκοι γρανίτες, 2. γκρεῒνσενιτιωμένοι  γρανίτες, 3. χαλαζιο-μοσκοβιτικοί greisens.

4. χαλαζιο-τοπάζι greisens, 5. χαλαζιο- greisens συμπαγείς, 6, χαλαζιο- greisens πορώδεις

7. φλέβες με κοιτάσματα χαλαζία, 8.τα όρια της μετασωματικής ζώνης (a: απότομό, β: βαθμιαίο).

A, B, C: επίπεδα με σώματα greisens με διαφορετικούς τύπους της πλευρικής ζώνωσης.

Μπερεσίτης (Beresite): είναι χαμηλής θερμοκρασίας μετασωματικό πέτρωμα που χαρακτηρίζεται από χαλαζία, σερικίτη, ανκερίτη και πυρίτη ως αποτέλεσμα αντικατάστασης πυριγενών και ιζηματογενών πρωτόλιθων. Ο σερικίτης είναι το βασικό ορυκτό  και η σερικιτίωση είναι συνώνυμο της μπερεσιτίωσης, η οποία  είναι από τους πλέον διαδιδόμενους παραφλέβιους μετασχηματισμούς σε κοιτάσματα Au, Au-Ag, Ag-Pb, Mo, F και  U. Οι σχηματισμοί μπερεσίτη είναι αποτέλεσμα όξινου μετασωματισμού με υψηλή διασταλτικότητα (fugacity*) CO₂ καθώς και από διεισδύσεις ηφαιστειακών και ηφαιστειογενών ιζηματογενών πετρωμάτων στο ίδιο όξινο περιβάλλον.

*η διασταλτικότητα (fi) εκφράζει την τάση που έχει ένα αέριο να διαστέλλεται καθώς και την  πίεση που απαιτείται για να μετατρέψει ένα μη ιδανικό  αέριο  σε ιδανικό: f_i=γ_iP_i,   γ=ο συντελεστής κυβικής διασταλτικότητας (για ιδανικά αέρια = 1)  και γ=Cp/Cv =γραμμομοριακή ειδική θερμότητα με σταθερή Ρ/γραμμομοριακή ειδική θερμότητα με σταθερό όγκο.

Οι μπερεσίτες άρχισαν να σχηματίζονται από το τέλους του Προκάμβιου μέχρι το Μεσοζωικό όπου είχαν τη  μεγαλύτερη ανάπτυξη . Η διαδικασία δημιουργία τους πραγματοποιήθηκε μετά από την ολοκλήρωση της μαγματικής διείσδυσης και διάχυσης του μαγματισμού και  προηγήθηκαν της εμφάνισης του μετασωματισμού κατά το μαγματικό στάδιο. Οι περιοχές επέκτασης αυτών των μετασωματίτων συνέπεσαν με αυτές της ανάπτυξης των γρανιτοειδών εισχωρήσεων.

Σημειώστε ότι η σύνθεση του σερικίτη διαφέρει  από του μοσχοβίτη έχοντας αυξημένο Si και μειωμένο Al.  Επιπρόσθετα, φουχσίτης [fuchsite K(Al,Cr)₃Si₃O₁₀(OH)₂] βρίσκεται σε πετρώματα μπερεσίτη, τα οποία περιέρχονται σε κοιτάσματα, (ηφαιστείτων όξινης σύνθεσης) χρυσού και πυριτίου.

Τα ανθρακικά ορυκτά μαζί με τον σερεκίτη θεωρούνται ως τυπομορφικά των μπερεσίτων με διαφορετικές ποσοστιαίες συνθέσεις, οι οποίες αντιπροσωπεύονται από ομάδες 1) δολομίτη - ανκερίτη, 2) ασβεστίτη, 3) μαγνησίτη- σιδερίτη. Τα ανθρακικά της ομάδας του ασβεστίτη συνήθως αναπτύσσονται στις εξωτερικές ζώνες των μπεριτισιωμένων στηλών οι οποίες μερικές φορές περιέχουν αξιοσημείωτη ποσότητα σιδήρου και μαγνησίου. Ο ανκερίτης και τα άλλα ορυκτά είναι τα πλέον διαδεδομένα και συναντώνται σε όλους σχεδόν τους τύπους πετρωμάτων του μπερεσίτη.

Επιπλέον, χλωρίτες χαρακτηρίζουν τις εξωτερικές ζώνες των μπεριτισιωμένων άλω, οι οποίοι με την ανάπτυξη των μετασωματικών μετασχηματισμών, αναμιγνύονται με ανκερίτες ή σιδερίτες και μαρμαρυγίες. Ο σίδηρος που περιέρχεται στους χλωρίτες εξαρτάται από την θειική  δραστηριότητα οι οποία καθορίζει την περιεκτικότητά του στον χλωρίτη:

ChlFe + H2S ® ChlMg + Py + H2O.

Προπυλίτης (Propylite): είναι χαμηλής με μεσαίας θερμοκρασίας μετασωματικό γρανοβλαστικό  πέτρωμα που σχηματίζεται υδροθερμικά από πράσινους ανδεσίτες, στο μεταμαγματικό στάδιο.

Οι προπυλίτες στο στάδιο σχηματισμού τους επηρεάζονται από τον γρανιτοειδή μαγματισμό του ορογενετικού σταδίου και της ανάπτυξης του φλοιού στις περιοχές των ηπειρωτικών περιθωρίων, των νησιωτικών τόξων και στις ζώνες της διηπειρωτικής τεκτονομαγματκής δραστηριότητας.

Η ορυκτοποίηση των προπυλιτικών πετρωμάτων συνήθως βρίσκεται σε σχηματισμούς φλεβών ή φλεβικών ζωνών.

 Οι χαμηλής θερμοκρασίας προπυλίτες αποτελούνται από αλβίτη, ασβεστίτη και χλωρίτη, ενώ οι μεσαίας θερμοκρασίας από επίδοτο, ακτινόλιθο και βιοτίτη, ορυκτά που συνθέτουν και τις αντίστοιχες φάσεις. Οι φάσεις αυτές συσχετίζονται με την αυξημένη οξύτητα των υδροθερμικών διαλυμάτων κατά το μεταμαγματικό στάδιο. Κατατάσσονται ως περιοχικά μετασωματικά πετρώματα διότι σχηματίζουν μία άλω γύρω από κοιτάσματα και επεκτείνονται σ΄ όλη την έκταση  κοιτασμάτων όπως Cu, Pb-Zn, Au, Au-Ag, Ag-Pb-Zn, Hg, Sb.

Η χαρακτηριστική ιδιότητα του σχηματισμού του προπυλίτη είναι ότι αναπτύσσεται σε ηφαιστειακές μάζες ως αποτέλεσμα υδροθερμικής διεργασίας και της διείσδυσης πορφυρικών γρανιτοειδών με αυξημένη περιεκτικότητα σε αλκαλικά μέταλλα Στον σχηματισμό προπυλίτων δημιουργείται μια μετασωματική ζώνωση συνεχόμενη με κερατίτες επαφής, η οποία περιλαμβάνεται στη φάση βιοτίτη – αλβίτη – ακτινόλιθου και χαρακτηρίζεται με την προσθήκη μαγνησίου. Παρόμοιες ζώνες είναι ενδεικτικές πεδίων με προπυλιτικά κοιτάσματά.

Δευτερεύον (ή υδροθερμικός) χαλαζίτης (secondary – hydrothermal- quartzite): είναι χαμηλής με μεσαίας θερμοκρασίας μετασωματικό πέτρωμα με σύνθεση κυρίως χαλαζία, πυροφυλλίτη, διάσπορο, αλουνίτη καολινίτη. Συνήθως βρίσκονται φθορίτης, δουμορτιερίτης (dumortierite (Al,Fe³⁺)₇(SiO₄)₃(BO₃)O₃) και λαζουρίτης Συσχετίζονται με ηφαιστειακά και υποηφαιστειακά  πετρώματα με ρυολιθική εως ανδεσιτική σύνθεση. Αντικαθιστούν όξινα πυριγενή και σπανίως ιζηματογενή πετρώματα. Φιλοξενούν μεταλλικά κοιτάσματα  Au, Cu, Sb και Hg.

Ο όρος “δευτερεύον χαλαζίτης” χρησιμοποιήθηκε ουσιαστικά για πετρώματα χαλαζία τα οποία σχηματίστηκαν μέσω μετασωματικής πυριτίωσης αρχικών πετρωμάτων με διάφορες συνθέσεις. Η διαδικασία της πυριτίωσης απαιτεί συγκεκριμένο γεωλογικό περιβάλλον μεταμαγματικού σταδίου, όπως πεδία ανάπτυξης μεσο-όξινων ηφαιστειακών πλουτωνίτων σε ενεργά ηπειρωτικά περιθώρια  καθώς και σε νησιωτικά τόξα κατά την ανάπτυξη του ορογενετικού σταδίου.

Παραγενέσεις δευτερευόντων χαλαζιτών είναι: διάσπορο – πυροφυλλίτης – κορούνδιο + ανδαλουσίτης και

zουνυίτης (zunyite) – διάσπορο, αλουνίτης – πυροφυλλίτης συνήθως με παρουσία χαλαζία.

Γκουμπεῒτης (Gumbeite): είναι μεσαίας έως χαμηλής θερμοκρασίας μετασωματικό πέτρωμα σύνθεσης χαλαζία ορθόκλαστου και ανθρακίτη. Σχηματίζεται περιφλεβικά από την μεταλλαγή των γρανοδιοριτών  και συσχετίζεται με κοιτάσματα W-Cu ή Au-U.

Οι παρακάτω “θερμοκρασιακές” φάσεις διακρίνονται μεταξύ των σχηματισμών του γκουμπεῒτη από την υψηλότερη στη χαμηλότερη: βιοτίτης – ορθόκλαστο 440-400⁰ , δολομίτης – ορθόκλαστο 400 - 300⁰   και φεγγίτης – ορθόκλαστο <300⁰  .

Οι υψηλής  θερμοκρασιακές φάσεις συσχετίζονται με W-Mo ορυκτοποίηση  (συιλίτη, Μο-συιλίτη, μολυβδαινίτη, βισμουθίτη και αντίστοιχα θειικά).Οι χαμηλής θερμοκρασιακές φάσεις (χωρίς βιοτίτη) συσχετίζονται  με Au και Au-U. Έτσι οι γκουμπεῒτες είναι αποτέλεσμα μετασωματισμού γρανιτοειδών (σπανίως ηφαιστείτων) και διαλυμάτων, υψηλής αλκαλικότητας κυρίως κάλιο. Η θερμοκρασίας της διεργασίας κυμαίνεται από 0⁰  εως 400⁰ C. Η σύνθεση των συμμετεχόντων διαλυμάτων δεν είναι προσδιορισμένη, αλλά σύμφωνα με έμμεσα δεδομένα θα πρέπει να είναι, προφανώς, εμπλουτισμένη με φθόριο.

Η πιο διαδεδομένη φάση είναι αυτή του δολομίτη – ορθόκλαστου. Το βασικό στοιχείο του σχηματισμού των γκουμπεϊτών οφείλεται στη υψηλή δραστηριότητα του καλίου  η οποία εμφανίζει μια σταθερή παραγένεση από χαλαζία + Κ άστριο + ανθρακικά με έντονη κινητικότητα του καλίου. Στο τέλος της διαδικασίας η δραστηριότατα του καλίου μειώνεται συγχρόνως με την οξείδωση. Έτσι οι γκουμπεῒτες είναι αποτέλεσμα μετασωματισμού γρανιτοειδών υψηλής αλκαλικότητας.

Αργιλλισίτης (argillisite): είναι χαμηλής θερμοκρασίας μετασωματικό πέτρωμα με κύρια σύνθεση αργιλικά ορυκτά (σμεκτίτη, ιλλίτη-σμεκτίτη, χλωρίτη –σμεκτίτη, σειρά του καολινίτη, υδρομαρμαρυγίες και κελαδονίτης), ζεόλιθοι, πυριτικά (χαλαζίας, χαλκηδόνιος, οπάλιο) ανθρακικά (ασβεστίτη, σιδηροδολομίτη, ανκερίτη και μαγνησιοσιδερίτη) αλουνίτη, γιαρoσίτη (jarosite) και σουλφίδια σιδήρου: πυρίτης, μαρκασίτης, μακιναβίτης (mackinawite), γκρεϊγκίτης (greigite).

Η δημιουργία των αργιλλισίτων ξεκίνησε από το κάτω Παλαιοζωικό και ολοκληρώθηκε στο Καινοζωικό και όπως οι περισσότεροι μετασωματίτες επεκταθήκαν και στον ωκεάνιο και στον ηπειρωτικό φλοιό. Το πέτρωμα σχηματίζεται από υδροθερμική μετατροπή πυριγενών και ιζηματογενών πετρωμάτων καθώς επίσης συναντάται και σε περιοχές με υδροθερμική ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Η διαδικασία σχηματισμού αργιλλισίτων περιλαμβάνει δύο στάδια: το υδροθερμικό που συνοδεύεται από ορυκτοποίηση μεταλλευμάτων και το τύπου σολφατάρας (solfatara*) με ηφαιστειακή δομή  χωρίς μεταλλεύματα. Η μεταξύ τους διάκριση βασίζεται σε ιδιαιτερότητες των τοπικών δομικογεωλογικών συνθηκών  και από την οξύτητα των διαλυμάτων. Έτσι, το πρώτο συμπίπτει με ρωγματισμένες (fractures)  ζώνες απότομης κλίσης οι οποίες επηρεάζονται πολύ λίγο από όξινα διαλύματα και το δεύτερο, το οποίο παρουσιάζει τοπική επέκταση, χαρακτηρίζεται είτε από θειικά  ή από θειικο-χλωριούχα διαλύματα.

(* Solfatara: ρηχός ηφαιστειακός κρατήρας στο Pozzuoli κοντά στη Νάπολη, Ιταλία, ο οποίος είναι επισκέψιμος με δική σας ευθύνη).

Κατά την αργιλλισιτίωση  οι ιδιότητες στις αλλαγές της χημικής σύνθεσης των πετρωμάτων εξαρτώνται από τις συνθήκες της ροής της υδροθερμικής διεργασίας.

Οι ιλλίτες – σμεκτίτες βρίσκονται σε όλες τις φάσεις της αργιλλισιτίωσης, συνήθως στις εξωτερικές και ενδιάμεσες ζώνες. Στους αργιλλισίτες, πολύ συχνά, φάσεις μικτών στρωμάτων ορυκτών είναι μαρμαρυγιακά  κατά 50-70%.

Οι ζεόλιθοι είναι χαρακτηριστική ομάδα ορυκτών για κάποιες ποικιλίες αργιλλισίτων, όπως χαμηλού πυριτίου: λωμονίτης, χαμπαζίτης αλλά και υψηλού πυριτίου: μορδενίτης, κλινοπτιλολίτης. Τα τελευταία αναπτύσσονται αποκλειστικά σε ηφαιστειακά πετρώματα όξινης σύνθεσης και ακολουθούν σε σημαντικό βαθμό την αρχική σύνθεση του υποστρώματος.

Ο αλουνίτης είναι περίπτωση υπερόξινης φάσης υδροθερμικών και παραηφαιστειακών αργιλλισίτων Ο γιαροσίτης (jarosite), υψηλής περιεκτικότητάς σε σίδηρο, συναντάται στους αργιλλισίτες σε θερμοκρασία σχηματισμού 100 -150⁰C .

Οι αργιλλισίτες χαρακτηρίζονται από χαμηλής θερμοκρασίας ορυκτοποίησης: χρυσός, ουράνιο, φθόριο, αντιμόνιο, μερκούριο, αρσενικό, ασήμι, ζεόλιθους και μπεντονίτη.

Αλκαλικοί μετασωματίτες.

Οι βασικές ιδιότητες των αλκαλικών μετασωματίτων είναι: αύξηση της αλκαλικότητας του πετρώματος, σχηματισμός των ορυκτών σε συνθήκες υψηλής δραστηριότητας αλκαλίων, αύξηση συστατικών και μείωση του πορώδους και της διαπερατότητας των πετρωμάτων. Κατά τη διεργασία του αλκαλικού μετασωματισμού πραγματοποιείται  σύνδεση του αργιλίου με πετρώματα που περιέχουν άστριους και σπανίως νεφελίνη, ζεόλιθους, λευκίτη.

Ορυκτολογικά κριτήρια των αλκαλικών μετασωματίτων είναι η αντικατάσταση του χαλαζία από αλβίτης και/ή Κ-άστριο καθώς επίσης από αλκαλικούς αμφίβολους και/ή αιγιρίνη. Διακρίνονται δύο ομάδες σχηματισμού αλκαλικών μετασωματίτων: οι Νa-ούχοι και οι Κ-ούχοι με τους Na να υπερισχύουν των Κ, με βασική ιδιότητα των Νa η ευρεία ανάπτυξη σ΄ αυτούς του αλβίτη.

Ως προς την θερμοκρασία οι Νa μετασωματίτες διαιρούνται σ’ αυτούς :

α) της μέσης θερμοκρασίας που χαρακτηρίζονται από αλβίτη, αιγιρίνη, αλκαλικούς αμφίβολους, μαρμαρυγίες, επίδοτο και  αντιπροσωπεύονται από σχηματισμούς αλβιτικών γρανίτων και

β) της χαμηλής θερμοκρασίας  που χαρακτηρίζονται  από ανθρακικά, χλωρίτη και αντιπροσωπεύονται από σχηματισμούς ασεῒτη (βλέπε παρακάτω).

Αλβιτικοί γρανίτες (albitized granites)

Η αλβιτίωση είναι η πλέον διαδεδομένη διεργασία της μεταμαγματικής μεταβολής στα γρανιτοειδή. Χαρακτηριστική ένδειξη γρανιτικής αλβιτίωσης είναι η ανάπτυξη μεγάλης ποσότητας,  σε μορφή πινακοειδών φυλλώσεων, αλβίτη με μικροκλίνη και χαλαζία.

Αλβιτικοί γρανίτες σχηματίζονται σ’ όλα τα στάδια ανάπτυξης του φλοιού και συμπαγείς εμφανίσεις των, έδειξαν ότι ανήκουν στο Φανεροζωικό, καθώς επίσης απαντώνται είτε σε ατελώς πτυχωμένες περιοχές ή στα όρια επίπεδων και ορεινών όγκων. Οι περιοχές ανάπτυξης των αλβιτικών γρανίτων  χαρακτηρίζονται από έντονη εμφάνιση γρανιτοειδούς μαγματισμού με επικράτηση γρανίτων τυπικού γεωχημικού τύπου. Ανάλυση δεδομένων απέδειξε ότι η αλβιτίωση των γρανίτων συνοδεύεται από αύξηση  του Νa και Al και μείωση του Si και K.

Η δόμηση σε κάθετη διεύθυνση ζωνών Να-ούχου μετασωματισμού, καθορίζεται από την τάση συσσώρευσης έντονης αλβιτίωσης από  κάτω προς τα πάνω  και η οποία συσχετίζεται με τα πρώιμα μεταμαγματικά στάδια. Η έντονη αλβιτίωση είναι χαρακτηριστική στα σημεία κορυφής των διεισδύσεων  σε βάθος μεγαλύτερο των 200μ.

Έχουν καταγραφεί φάσεις αλβιτικών γρανίτων σε συνθήκες υψηλής δραστηριότητας Νa οι οποίοι χαρακτηρίζονται από την ανάπτυξη αιγιρίνη, αλκαλικών αμφίβολων  και σπανίως αστροφυλλίτη.

Οι αλβιτικοί γρανίτες συσχετίζονται με βιομηχανικές συγκεντρώσεις: Be, Ta, Nb, Li, Zr, W, Sn και REE. Μια βασική γεωχημική ιδιότητά τους είναι η συσσώρευση φθορίου, ραδιενεργών στοιχείων και αύξηση του Να σε σχέση με το Κ καθώς επίσης ζώνες, με αυξημένη συγκέντρωση σε Nb, Ta, και Zr, έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε ουράνιο.

Ανάλυση θερμομετρικών δεδομένων έδειξε ότι το πιθανότερο θερμοκρασιακό εύρος της αλβιτίωσης είναι 520-460⁰C  σε συνθήκες πίεσης βάθους 1,5 -2,5 χλμ. [Koval, 1975]. Ακόμη αποτελέσματα έρευνας κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η αλβιτίωση πραγματοποιείται σε υδροανθρακικά – νατριούχα διαλύματα με ποσοστό ορυκτοποίησης το 10-15% της μάζας.

Ασεῒτης (Aceite):.

Η πρώτη μεγάλη ανάπτυξη αλβιτίωσης καταγράφηκε σε κοιτάσματα ουρανίου στο Ace, Beaverlodge Lake, Canada (παλαιοζωικό) [Dawson, 1951], συνοδευόμενη από χλωρίτη, ανθρακίτη και αιματίτη. Αργότερα σε εκτενέστερη μελέτη της αλβιτίωσης σε κοιτάσματα ουρανίου στο Καζακστάν [Omelyanenko, 1970; Omelyanenko & Lisitzyna, 1974], αποδείχθηκε ότι τέτοιας σύνθεσης αλβιτιωμένων πετρωμάτων παρουσίαζαν συγκεκριμένο τύπο σχηματισμού περικοιτασματικών (periore) ερυθρωμένων μετασωματίτων, οι οποίοι ονομάσθηκαν ασεῒτες με σύνθεση κοιτασμάτων ουρανίου, αλβίτη, ανθρακίτη, αιματίτη, U-αιματίτη και επουσιώδη χλωρίτη και χαλαζία.

Η ασεϊτίωση εφαρμόζεται σε πετρώματα γρανιτών, ασβεστόλιθων, ψαμμίτων, βασαλτών, γάββρων κ.α. Ο βαθμός του μετασχηματισμού των πετρωμάτων ποικίλει και εξαρτάται από την πυκνότητα της ρηγμάτωσης (fracturation). Γενικά έχει παρατηρηθεί, με την ασεϊτίωση, μία τάση αλλαγής της χημικής σύνθεσης των πετρωμάτων.

Ο φθοριοαπατίτης ουρανίου είναι κοινός σε πετρώματα με υψηλό ποσοστό CaO καθώς επίσης σε ασβεστόλιθους σχηματίζει μετασωματικά πετρώματα με U-απατίτη. Κατά την διάρκεια της ασεϊτίωσης είναι χαρακτηριστική η αστάθεια του χαλαζία ο οποίος αντικαθίσταται από αλβίτη. Σε αντιστοιχία με τις παραλλαγές της ορυκτολογικής σύνθεσης διακρίνονται οι ακόλουθες φάσεις του αρχικού πετρώματος: χαλαζία – αλβίτη, ασβεστίτη – αλβίτη, χλωρίτη – αλβίτη,  ανκερίτη – αλβίτη,  αλβίτη – απατίτη, και απατίτη - ασβεστίτη.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η ασεϊτίωση είναι μία τυπική αλκαλική διεργασία και οι παραγενέσεις διαμορφώνονται με υδροανθρακικά Να-διαλύματα χαμηλής δραστηριότητας σουλφιδίων του θείου και υψηλής του οξυγόνου.

Οι ασεῒτες σχετίζονται άμεσα με μεταλλεύματα ουρανίου. Είναι χαρακτηριστικός τύπος μετασωματίτων οι οποίοι  περικλείουν πάντα εκμεταλλεύσιμα  μεταλλεύματα ουρανίου. Σε λίγες περιπτώσεις απαντώνται συνοδευτικές μικροποσότητες μολυβδαινίου και ζιρκονίου.

Ακολουθεί ένα πλήρης κατάλογος για τους μέχρι σήμερα γνωστούς μετασωματίτες (mindat.org):

• Metasomatic-rock
• Beresite-listvenite
• Epidotite
• Epidosite
• Fenite
• Adinole
• Contact adinole
• Tuffaceous adinole
• Greisen
• Endogreisen
• Exogreisen
• Serpentinite
• Atlantisite
• Skarn
• Magnesian-skarn
• Serpentine skarn
• Chondrodite skarn
• Manganesian-skarn
• Calc-skarn
• Endoskarn
• Exoskarn
• Magnetite skarn
• Near-skarn rock
• Rodingite
• Beresite
• Listvenite
• Aceite
• Charoitite
• Unakite
• Propylite
• Secondary-quartzite
• Gumberite
• Argillisite
• Chloritolite
• Fault-related alkaline metasomatite
• Albitized granite
• Albitized gneiss
• Apojasperoid
• Carbonatite-related albitite
• Albitite
• Boetonite
• Hydrothermal breccia
• Basalt-wacke

Β. Ανδρώνης

 Αναφορές:

Metasomatism and metasomatic rocks: V.A.Zharikov, V.L.Rusinov, A.A.Marakushev,  G.P.Zaraisky, B.I.Omelianenko, N.N.Pertsev, I.T.Rass, O.V.Andreeva, S.S.Abramov, K.V.Podlessky, Y.B. Shapovalov, M.S. Seredkin, V.A. Golovina,(2015). Russian Academy of Sciences (ISBN 5-891 176 -038- X).

Lindgren W. (1925) Metasomatism. Bull. Geol. Soc . Amer., 36. 1-114

Chemical Transport in Metasomatic Processes, edited by Harold C. Helgeson

https://www.bgs.ac.uk/scmr/home.html.

Dictionary of Geology and Earth Sciences, Oxford University Press, 2013

The radiogenic hypothesis of formation of periore zones of hematitization in hydrothermal uranium deposits. T. V. Tkacheva,Ye. M. Shmariovich,V. M. Rekharskaya &P. Ya. Lazunov

Pages 197-205 | published online: 29 Jun 2010 International Geologic Review