ZŁOŻA PEGMATYTOWE

Pegmatyty należą do utworów późnomagmowych, powstałych w końcowych etapach zastygania masywów intruzywnych i zlokalizowanych w ich partiach szczytowych. Mają taki sam skład jak skały macierzyste, lecz odróżniają się od nich formą żyłową i gniazdową, strefową budową wewnętrzną, nierównomiernymi rozmiarami ziarn, dużymi kryształami oraz produktami metasomatycznego przeobrażenia pierwotnych asocjacji mineralnych pochodzenia magmowego.

1. Pegmatyty granitowe

Wśród form pegmatytów przeważają żyły proste i złożone, soczewki

• Linii czystej występują w granitach lub skałach zbliżonych, a ich skład nie ulega zmianą podczas powstawania. Zbudowane są z ortoklazu, mikroklinu, kwarcu, albitu, oligoklazu, biotytu. W różnej ilości występuje: spudomen, muskowit, turmalin, granat, topaz, beryl, lepidolit, fluoryt, apatyt, minerały ziem rzadkich i promieniotwórczych.

• Linii hybrytyzacji powstają wśród innych formacji, co powoduje zmianę ich składu. Wyróżnia się pegmatyty hybrydalne, asymilujące materiał skał otaczających i pegmatyty odkrzemionkowane, oddające część krzemionki skałom otaczającym. Pegmatyty hybrydalne, powstające przy asymilacji łupków ilastych wzbogacają się w: andaluzyt, sillimanit, cyanit. Pegmatyty wzbogacone w węglan wapnia, magnezu i żelaza zawierają hornblendę, pirokseny, tytanit, skapiolit. Pegmatyty odkrzemionkowane zawiarają plagioklazy.

• Pegmatyty metamorficzne tworzące się w różnych stadiach przeobrażeń metamorficznych

2. Pegmatyty alkaliczne

Zbudowane są z mikroklinu-ortoklazu, nefelinu, sodalitu, egirynu, natronitu, arfwedsonitu, analcymu, minerałów ziem rzadkich, Zr, Ti, Nb.

3.Pegmatyty magm zasadowych i ultrazasadowych

Zbudowane są plagioklazów, bronzytu, oliwinu, amfibolu, biotytu,apatytu, granatu,sfenu, cyrkonu, tytanomagnetytu, pirotynu, pentlantydytu, chalkopirytu.

Według składu i cech budowy wewnętrznej pegmatyty dzielą się na:

• Proste pegmatyty granitowe zbudowane głównie ze skalenia potasowego i kwarcu

• Złożone pegmatyty o zróżnicowanym składzie i budowie strefowej. W strefowych pegmatytach granitowych wyróżnia się osłonkę, część wewnętrzną i nieregularne metasomatyczne skupienia.

1. Zewnętrzną strefę tworzy drobnoziarnista otoczka złożona z muskowitu, kwarcu i skalenia.

2. Drugą strefę tworzy masa kwarcowo-skaleniowa o strukturze pismowej i granitowej.

3. Trzecia strefa składa się z mikroklinu w postaci monomineralnej masy lub bloków.

4. Czwarta strefa to kwarcowe jądro żył pegmatytowych.

5. Piąta strefa to nieregularne skupienia kwarcu, albitu, muskowitu, spudomenu, minerałów ziem rzadkich, głównie w strefie kontaktu jądra kwarcowego ze strefą mikroklinową, występujące też dalej od kontaktu w strefie mikroklinowej.

Ze względu na stopień zdyferencjowania, wyróżnia się podział na teksturalno-paragenetyczne typy pegmatytów:

1. Równoziarnisty lub pismowy należą tutaj pegmatyty proste.

2. Blokowy składający się ze strefy bloków mikroklinowych otoczonej pasmem struktury pismowej.

3. Całkowicie zdyferencjonowany, odznacza się rozwojem jądra kwarcowego strefy mikroklinowej i pismowej

4. Całkowicie zdyferencjonowany, odznacza się obecnością minerałów rzadkich

5. Pegmatyty albitowo-spudomenowe, charakteryzujące się wyższym stopniem dyferencjacji

W miarę przechodzenia od niższych do wyższych typów pegmatytów zwiększa się liczba stref, wzrasta rola metasomatycznych skupień z towarzyszącą mineralizacją metali rzadkich, zwiększają się rozmiary minerałów oraz ich różnorodność, zmniejszają się strefy struktury granitowej i pismowej.

WARUNKI FIZYKO-CHEMICZNE POWSTAWANIA ZŁÓŻ

Hipoteza wg Fersmana

Pegmatyty są produktem zastygania magmy resztkowej wyodrębnionej z ogniska magmowego. W wyniku frakcyjnej krystalizacji wydzieliły się z niej minerały piromagmowe, które uległy częściowemu przeobrażeniu pod wpływem mineralizatorów lotnych, gromadzących się pod koniec procesu w stopie pegmatytowym. Zgodnie z diagramem Nigglego określono zmianę zależności między składnikiem trudnolotnym (krzemian) i łatwolotnym w miarę stygnięcia (cześć lewa diagramu), oraz krzywą prężności pary w układzie, stopniowo wzrastającą do etapu pegmatytowego, a następnie ponownie opadającą w końcu etapu hydrotermalnego (część prawa diagramu). Fersman wyróżnił etapy oraz fazy tworzenia się pegmatytów:

1. Etap magmowy

2. Etap epimagmowy

3. Etap pneumatolityczny

4. Etap hydrotermalny

5. Etap hipergeniczny

Faza A- magmowa, jest to dwufazowy układ fizykochemiczny stopu i wydzielonych z niego kryształów, odpowiada zakończeniu zastygania macierzystego intruzywu przy temperaturze 900- 800^oC.

Faza B- epimagmowa odpowiada tworzeniu się aplitowych drobnokrystalicznych otoczek w temperaturze 800- 700 ^oC.

Faza C- pismowa, pegmatytowa właściwa, charakteryzuje się jednoczesną krystalizacją skalenia potasowego i kwarcu w warunkach trójfazowego układu fizykochemicznego (stop- kryształ- wrzące związki łatwolotne) w temperaturze 700-600 ^oC.

Fazy D i E- pegmatoidowe, wyróżnia się dwufazowym składem fizykochemicznym (zhomogenizowana faza gazowo-ciekła, fluidalna oraz faza stała) z głównym okresem krystalizacji turmalinu, muskowitu, berylu, topazu i innych minerałów zawierających składniki lotne (woda, fluor, bor) w temperaturze 600-500 ^oC.

Fazy F i G- nadkrytyczne, również o składzie dwufazowym (faza fluidalna i stała), obejmują typowy proces pneumatolityczny z powstaniem zielonych mik, albitów, związków litu, zastępujących wcześniej powstałe minerały, temperatura 500-400 ^oC.

Fazy H-I-K- hydrotermalne, odpowiadają wysoko-, średnio-, niskotemperaturowym warunkom hydrotermalnym przy istnieniu układu trójfazowego (skroplona woda-gaz-faza stała), krystalizują siarczki, zeolity, węglany w temperaturze od 400 do 50 ^oC.

Faza L- hipergeniczna, odpowiada przeobrażeniu pegmatytów w strefie wietrzenia, powstają minerały ilaste, wtórne węglany, wodorotlenki, krzemionka.

Zgodnie z tym powstanie pegmatytów jest niemożliwe bez istnienia resztkowego stopu magmowego, nasyconego związkami lotnymi, którego przemiana zachodziła w układzie zamkniętym przy nieograniczonej rozpuszczalnością wody w stopie krzemianowym.

Według Własowa przy ograniczonej rozpuszczalności wody w stopie krzemianowym pegmatyty tworzą się ze stopów-roztworów, czyli z magmy w której gazy mają postać wyodrębnionych pęcherzyków.

Według Ginsburga geochemiczna ewolucja procesu pegmatytowego zaznacza się głównie w zmianie składu i roli alkaliów (autometasomatoza). Na początku przeważają alkalia wapniowo-sodowe i powstają plagioklazy, później alkalia potasowe- mikroklin, a wskutek jego hydrolizy- muskowit, następnie alkalia sodowe i metasomatyczny albit.

Wady hipotezy wg Fersmana

• Nie uwzględnia ograniczonej rozpuszczalności wody w magmie i w związku z tym nie uzasadnia wydzielania stadium pegmatytowego i nadkrytycznego.

• Niedostatecznie uwzględnia czynniki tektoniczne, które warunkują nie tylko powstanie dróg intrudowania i lokalizację pegmatytów, lecz również otwarcie układu.

• Nie wyjaśnia zjawiska przecięcia żył pegmatoidowych szczelinami wypełnionymi stadiami późniejszymi.

• Nie wyjaśnia nagłą zmianę skaleni potasowych przez skalenie sodowe.

• Nie rozwiązuje problemu przestrzeni i strefowej budowy pegmatytów.

• Minerały kruszcowe powstające ze związków lotnych gromadzą się jedynie w górnych partiach żył pegmatoidowych.

Hipoteza wg Johnesa i innych

Wydziela się dwa różne stadia strukturalne:

1. Strefowe wypełnienie przestrzeni pegmatytowej.

2. Powstanie utworów metasomatycznych, których cechy strukturalne nakładają się na wcześniejszą budowę strefową.

Zgodnie z tym proces tworzenia się pegmatytów dzieli się na:

1. Etap magmowy.

Gdzie wolne przestrzenie są wypełnione stopem, z którego w wyniku frakcyjnej krystalizacji tworzą się pegmatyty strefowe. Na tym etapie układ fizykochemiczny jest półotwarty gdzie jest niemożliwy dopływ nowych substancji, ale jest możliwy odpływ.

2. Etap pneumatolityczno- hydrotermalny.

W etapie metasomatycznym układ ulega otwarciu. Pod wpływem pochodzących z głębi zmineralizowanych roztworów gazowo-wodnych zachodzi metasomatyczne przeobrażenie wcześniej powstałych minerałów oraz wynoszenie produktów reakcji poza obręb złóż pegmatytowych. W ten sposób powstają metasomatyczne części pegmatytów zbudowane z kwarcu, albitu, muskowitu i minerałów ziem rzadkich.

Wady hipotezy wg Johnesa i innych

• Pozostają niewyjaśnione termodynamiczne problemy powyższego procesu.

• Nie rozpatruje się związku między składem wcześniej powstałych minerałów i asocjacji mineralnych a składem nowych minerałów powstałych w wyniku ich zastępowania.

• Intensywne zmiany metasomatyczne wcześniejszych zespołów mineralnych i odprowadzenie produktów reakcji wymiennych przez roztwory hydrotermalne w warunkach systemu otwartego powinny spowodować powstanie poza ciałami pegmatytowymi obszernych stref przeobrażeń hydrotermalnych, głównie ponad złożami.

Hipoteza wg Zawarickiego, Nikitina

Pegmatyty mogą powstawać z dowolnych skał, a proces ich powstawania składa się z etapu w którym:

1. Gorące resztkowe roztwory gazowo-wodne znajdujące się w chemicznej równowadze ze skałami otaczającymi, umożliwiają przekrystalizowanie tych skał. Powstają grubo- i wielkokrystaliczne pegmatyty proste, gdzie proces zachodzi w układzie zamkniętym.

2. W wyniku frakcyjnej destylacji podczas dyfuzji roztworu gazowo-wodnego przez skały otaczające, skład roztworu zmienia się, przestając być w stanie równowagi z mineralnymi zespołami pegmatytów prostych.

Proces powstawania pegmatytów wg Nikitina dzieli się na etap:

1. Całkowitej krystalizacji stopu magmowego z powstaniem skalenia potasowego, plagioklazu i kwarcu (pegmatyty granitowe).

2. Przekrystalizowaniu tych minerałów w gruboziarniste agregaty mineralne i ich dyferencjacja w obrębie żyły z powstaniem prostych pegmatytów o budowie strefowej.

3. Metasomatyczne przeobrażenie i powstanie nowych minerałów z wytworzeniem pegmatytów złożonych.

Powstawanie pegmatytów wg Nikitina wiąże się z metasomatycznym przeobrażeniem zwykłch skał przez resztkowe lub pochodzące z głębokich ognisk magmowych gorące roztwory gazowo-wodne w warunkach otwartego dla odprowadzania lub całkowicie otwartego. Najpierw zachodzi przekrystalizowanie zespołów mineralnych tworzących pegmatyty w gruboziarniste agregaty i ich strefowa dyferencjacja z utworzeniem pegmatytów prostych, a następnie ich metasomatyczne przeobrażenie i utworzenie pegmatytów złożonych.

Potwierdzenia hipotezy wg Zawarickiego, Nikitina dotyczącej powstawanie pegmatytów wskutek przeobrażenia skał magmowych:

1. Istnienie reliktów skał wyjściowych.

2. Stopniowe przejścia między skałami otaczającymi a pegmatytami.

3. Feldspatyzacja i przekrystalizowanie skał kontaktujących z pegmatytami.

4. Stopniowe przejścia między aplitem a pegmatytem w obrębie tej samej żyły.

5. Obecność pojedynczych dużych kryształów skalenia w aplicie i stopniowe zwiększanie się ich ilości w miarę przechodzenia w pegmatyt.

6. Stopniowa zmiana struktur granitów pismowych od bezładnych wrostków izometrycznych ziarn kwarcu w porfiroblastach skaleni, aż do klastycznych form struktur pismowych zaprzecza ich powstanie jako eutelityk.

7. Minerały wykazują oznaki pochodzenia metasomatycznego.

8. Najintensywniejsze przemiany metasomatyczne występują w żyłach ulegających deformacją tektonicznym.

9. Skład mineralny żył zależy od skał otaczających, głównie podścielających, co potwierdza się tym że tylko w obecności skał plagioklazowych, nie mogących wchłonąć sodu z roztworów pegmatytotwórczych, jest możliwy rozwój metasomatozy sodowej i utworzenie w pegmatytach albitu i muskowitu po skaleniach.

Wady hipotezy wg Zawarickiego, Nikitina

1. Brak szerokich stref oddziaływania hydrotelmalnego, które powinny się tworzyć nad żyłami pegmatytowymi

2. Trudna do wytłumaczenia strefowa budowa zdyferencjowanych pegmatytów z punktu widzenia frontu metasomatycznego, ponieważ w każdej z następnych stref ilość minerałów powinna wzrastać o jednostkę, a w pegmatytach prawidłowość ta się nie sprawdza.

3. Wątpliwa jest możliwość powstania układu kryształy + gaz w wyniku wstecznego wrzenia na tak znacznych głębokościach, jakie są właściwe dla powstawania pegmatytów. Składniki lotne mogą się oddzielać przy dowolnym ciśnieniu i na dowolnej głębokości, jeżeli uwzględni się ich ograniczoną rozpuszczalność w stopie krzemianowym.

Hipoteza	Znaczenie resztkowego stopu magmowego	Znaczenie procesów metasomatycznych	Źródło procesów metasomatycznych	Stopień zamknięcia układu	Stopień rozpuszczalności składników lotnych w magmie
Stopu resztkowego (Fersman i in.)	decydujące	drugorzędne	wewnątrz pegmatytów	zamknięty	nieograniczony
Stopu resztkowego i roztworu metasomatycznego (Johns i in.)	uwzględnia	ważne	wgłębne	otwarty dla odpływu otwarty całkowicie	nie rozpatruje
Roztworu metasomatycznego (Zawaricki, Nikitin)	negatywne	decydujące	wewnątrz pegmatytów wgłębne	zamknięty otwarty dla odpływu całkowicie otwarty	ograniczony

Hipoteza metamorficzna

Podstawową tej hipotezy jest korelacja składu pegmatytów z odpowiednimi etapami i facjami metamorfizmu regionalnego:

• proste pegmatyty ceramiczne są związane ze skałami subfacji almadynowo- sillimanitowej, oraz w seriach gnejsów biotytowych i amfibolitowych

• pegmatyty muskowitowe towarzyszą skałom sybfacji dystenowo- sillimanitowej, oraz gnejsów bogatych w Al₂O₃

• pegmatyty złożone z metalami rzadkimi występują wśród skał subfacji andaluzytowo- sillimanitowej facji amfibolitowej

• pegmatyty z pierwiastkami ziem rzadkich występują wśród skał facji granulitowej

W zależności od stopnia metamorfizmu wyróżnia się pegmatyty:

• matamorfogeniczno- metasomatyczne- tworzą się pod wpływem roztworów metamorficznych w wyniku selektywnej mobilizacji i rekrystalizacji składników

• matamorfogeniczno- anatektyczne, matamorfogeniczno- palingeniczne- zachodzi selektywne wytapianie i pegmatyty tworzą się przy udziale kwaśnych stopów palingenicznych

GEOLOGICZNE WARUNKI POWSTAWANIA ZŁÓŻ

Etap	Stadium	Formacja skał magmowych	Typ pegmatytów	Częstość występowania
geosynklinalny	wczesne środkowe     póżne	ultrazasadowa i zasadowa plagiogranitowo-syenitowa granodiorytowa granitowa małe intruzje	zasadowy alkaliczny granitowy granitowy granitowy	bardzo rzadkie rzadkie radkie najczęstsze bardzo rzadkie
platformowy		granitowa zasadowa alkaliczna	granitowy zasadowy alkaliczny	rzadkie rzadkie częste

Pegmatyty tworzą pasma regionalne związane z osiowymi częściami wypiętrzeń wewnętrznych, z dużymi rozłamami. W obrębie pasm grupują się w pola wzdłuż ciągów intruzji, których występowaniu towarzyszą dyslokacje poprzeczne. Lokalizacja ciał pegmatytowych w obrębie pola zależy od struktury osłony intruzywu i istniejących w jej obrębie deformacji tektonicznych, dlatego wyróżnia się:

1. Pegmatyty syngenetyczne, szlirowe, komorowe- tworzące się w miejscach koncentracji resztkowych produktów stopu magmowego. Charakterystyczne są:

• Lokalizacja w skale macierzystej

• Brak ostrych kontaktów i stopniowe przejścia w tę skałę

• Brak drobnoziarnistej otoczki aplitowej

• Owalna forma

• Obfitość pustek miarolowych

1. Pegmatyty epigenetyczne, wyciśnięte- tworzące się poza obrębem resztkowego ogniska magmowego. Charakterystyczne dla nich są:

• Występowanie nie tylko w skale macierzystej, lecz i w skałach osłony

• Związek ciał pegmatytowych ze strefami zaburzeń tektonicznych

• Forma żyłowa

• Ostre kontakty ze skałą otaczającą

• Obecność drobnoziarnstej otoczki aplitowej

• Słaby rozwój lub brak pustek miarolowych

---