По T-pH условиям метасоматиты объединены в три главные фации: скарновую, кварц-полевошпатовых метасоматитов и пропилитовую.

4.1 Скарновая фация

К скарновой фации относятся продукты слабощелочного-близнейтрального метасоматизма, происходящего в широком интервале температур от 450 до 1000 °С на глубинах от 1 до 30 км.

С древних времен шведские горняки называли скарнами обособления силикатных минералов в железных и сульфидных рудах. В настоящее время под скарнами понимаются метасоматические породы, сложенные силикатами кальция, железа и магния и возникающие в результате химического взаимодействия карбонатных и алюмосиликатных пород, или карбонатных пород и алюмосиликатных магматических расплавов при участии растворов.

В зависимости от состава замещаемого карбонатного субстрата выделяются две крупные группы скарнов: магнезиальные и известковые. На контакте с еще не затвердевшими магмами возникают наиболее высокотемпературные магнезиальные скарны, которые вместе с близкими по составу постмагматическими метасоматитами формируются по доломитам и магнезитам. На контакте затвердевших интрузивных тел с известняками по вмещающим и магматическим породам образуются известковые скарны. Метасоматиты внешних зон скарновых ореолов, которые содержат не типичные для скарнов полевые шпаты, получили название околоскарновых пород.

По механизму образования выделяют диффузионные – биметасоматические и инфильтрационные – контактово-инфильтрационные и автореакционные скарны

Различают экзоскарны, которые образуются при замещении карбонатных пород, и эндоскарны, которые формируются по алюмосиликатным породам различного происхождения, в том числе и гранотоидам.

К скарнам приурочены крупные месторождения Fe, Co, W, B, флогопита и многих других полезных ископаемых. Значительная часть оруденения наложена на скарновые зоны в результате воздействия более поздних и более низкотемпературных гидротермальных растворов.

4.1.1 Магнезиальные скарны

Магнезиальные скарны, как особый тип метасоматитов, были выделены в 1953 г. Д.С. Коржинским.

Магнезиальные скарны – это шпинель-форстерит-клинопироксеновые породы с большим количеством второстепенных и акцессорных минералов. Часть магнезиальных скарнов формируется на магматической стадии, часть является постмагматическими образованиями. Скарны магматической стадии образуются при взаимодействии магнезиальных карбонатных пород с растворами, которые отделяются от магмы до завершения ее кристаллизации или циркулируют в это время во вмещающих породах. Формирование скарнов до полного затвердевания магматического расплава доказывается отсутствием эндоскарнов, появлением апофиз неизменных магматических пород, пересекающих метасоматиты, а также наличием ксенолитов магнезиальных скарнов в эндоконтактовых частях интрузивных массивов.

Исходные породы. Магнезиальные скарны образуются по доломитам и магнезитам. Содержания MgO в карбонатных породах, достаточные для образования магнезиальных скарнов, составляют 12-13 мас.%. На постмагматической стадии магнезиальные скарны могут формироваться, кроме того, по гранитам, гранито-гнейсам и мигматитам, которые соприкасаются с Mg-содержащими карбонатными породами.

Условия залегания метасоматитов. Магнезиальные скарны встречаются в двух геологических обстановках: 1) в глубинных гранито-гнейсовых комплексах древних щитов; 2) вблизи контактов интрузивов гранитоидов, реже сиенитов, габброидов и даже ультраосновных пород. Наиболее полно скарнообразование проявлено в связи с гранитоидным магматизмом. Магнезиальные скарны формируются на всех уровнях глубинности, за исключением приповерхностных. В абиссальных условиях они образуют пластовые и линзовидные тела, мощность которых достигает нескольких сотен метров при протяженности до 1.0 – 1.5 км. Пластовые тела приурочены к горизонтам доломитов и залегают согласно с вмещающими породами. В экзоконтактовых зонах интрузивов магнезиальные скарны встречаются в виде крутопадающих столбов, трубчатых тел, жил, а также образуют фронтальные залежи причудливой формы.

Мощность тел варьирует от десятков сантиметров и первых метров до 100 м. Отдельные столбообразные тела прослежены на глубину до 800 м.

Минеральный состав. Главными минералами скарнов магматической стадии являются форстерит, шпинель, клинопипоксены (диопсид или фассаит), кальцит и реже доломит. В глубинных условиях к этим минералам добавляются энстатит и гиперстен. На малых глубинах появляются монтичеллит, мервинит и периклаз, а форстерит и кальцит исчезают.

Второстепенные и акцессорные минералы в скарнах представлены магнетитом, апатитом, а в околоскарновых породах – сфеном.

Из наиболее поздних новообразований в магнезиальных скарнах наблюдаются флогопит, амфиболы, бораты, сульфиды и другие наложенные минералы.

Разновидности магнезиальных скарнов выделяются по минеральному составу. Наиболее широко развиты форстеритовые, шпинель-форстеритовые, пироксеновые и шпинель-пироксеновые скарны. Вблизи неизменных карбонатных пород образуются кальцифиры, состоящие из карбонатов, форстерита, количество которого обычно не превышает 30 об.%, и шпинели (менее 10%). Околоскарновые породы содержат плагиоклаз, количество которого достигает 40-60 об.%.

Форстерит, содержащий менее 5 мол.% Fe2SiO4, является типичным минералом кальцифиров; в форстеритовых скарнах железистость возрастает до 10–15 мол.%.

Доломит встречается только в кальцифирах; в пироксенсодержащих породах он неустойчив и замещается кальцитом.

Шпинель в кальцифирах представлена зеленой, реже розовой и желтой разновидностями, содержащими от 5 до 20 мол.% герцинитовой составляющей. В пироксеновых скарнах железистость минерала возрастает до 20-40 мол.%. Шпинель распространена неравномерно.

Клинопироксены относятся к фассаиту или диопсиду, между которыми устанавливаются постепенные переходы. Железистость обоих минералов близка и составляет 2-7%. В околоскарновых породах железистость клинопироксена возрастает до 30-40%. Содержание глинозема в диопсиде составляет 1-2 мас.%, а в фассаите увеличивается до 4-9, иногда до 15-16 мас.%.

Ортопироксен скарнов представлен энстатитом, содержащим менее 15% ферросилитовой молекулы. В околоскарновых породах более типичен гиперстен, содержащий до 45 мол. % Fe2SiO3. В околоскарновых породах иногда появляется основной плагиоклаз (An50-100), реже андезин (An40-49) в ассоциации с K-Na полевым шпатом.

Магнезиальные скарны постмагматической стадии отличаются от скарнов магматической стадии меньшим количеством шпинели, большей ролью кальцита, повышенной железистостью цветных минералов.

Химический состав. По сравнению с исходными карбонатными породами в магнезиальных скарнах магматической стадии увеличивается содержание Al и Si, причем накопление Si закономерно связано с нарастанием интенсивности метасоматизма. Mg испытывает локальное перераспределение, накапливаясь в форстеритовых скарнах.

В постмагматических экзоскарнах происходит накопление Si и Fe, частичный вынос Mg и Ca при незначительной миграции глинозема, а в эндоскарнах, наоборот, накопление Mg и Ca, при уменьшении содержания Si.