При раскристаллизации магмы часть легколетучих компонентов не имеет возможности уйти из расплава и постепенно отжимается в незакристаллизовавшуюся часть расплава и насыщает его обычно в конце процесса. Такой расплав перенасыщенный летучими компонентами называется остаточным, а сам процесс – пегматитовым. Кристаллизация такого расплава протекает иначе.
Геохимические исследования пегматитов были начаты А.Е. Ферсманом (1942). Пегматитовый процесс был разделен им на пять этапов и одиннадцать геофаз и показано его завершающее место в общем процессе эволюции магматизма:
B (800 – 700˚C) – в контактной зоне с породой удерживает гранит или магнетит;
C (700 – 600˚C) – пегматитовая зона с прорастанием кварца и полевого шпата;
D–E (600 – 500˚C) – образование породы с пегматитовыми жилами, удерживает шерл, мусковит, берилл;
F–G (500 – 400˚C) – флюидно-гидротермальные условия, образующие пневматолитовые минералы – зеленые слюды, альбит, литиевые соединения и др.
H–I–K–L (400 – 50˚C) – гидротермальные процессы с образованием зеленых слюд (жильбертит, кукеит), сульфиды, карбонаты, цеолиты.
В пегматитах химические элементы распределены контрастно с перемешиванием легких и тяжелых. Ведущие элементы пегматитов: H, Li, Be, O, Si, Al, Na, K, Rb,Cs, Tr; главные: B, F, Sc, P, Sn; запрещенные: Ne, Co, Ni, As, Se, Br, Kr, Ru, Rh, Pd, In, Os, Ir, Pt, Hg, Xe. Другие элементы относятся к случайным. Таким образом, пегматиты обогащенные редкими, преимущественно литофильными и летучими компонентами. Преобладают элементы нечетных порядковых номеров с нечетной валентностью, особенно одно- и трехвалентные.
Наиболее распространены гранитные пегматиты как источники Ta, Li, Cs, оптического флюорита, ювелирных камней, полевого шпата, слюды, пьезокварца и другого ценного сырья. Пегматиты щелочной магмы содержат руды Nb и TR. Менее распространены пегматиты основных и ультраосновных пород. Все они формируются на глубинах от 2 до 15 км и более.
Элементы гранитных пегматитов, как правило, образуют ионы, аналогичные природным газам и представляют собой системы низкого энергетического уровня с малыми величинами энергии решеток минералов.
Пегматиты более характерны для докембрийских гранитов, менее – для палеозойских и мезозойских. Известны их образования как на щитах, так и в складчатых поясах.
Главные особенности пегматитового процесса в минералообразовании сводятся к следующему:
1. Расплав с обилием летучих компонентов менее вязкий и снижает температуру кристаллизации. Состав расплава становится эвтектическим (котектическим), когда идет совместная кристаллизация двух или более минералов из гранитного остаточного расплава, например, полевой шпат и кварц (при обычной кристаллизации полевой шпат образуется раньше кварца). Это приводит к образованию закономерных («графических» (письменных) срастаний этих минералов, которые первоначально получили название пегматит.
2. По мере снижения температуры эвтектическая кристаллизация «графических» агрегатов сменяется образованием очень крупных индивидов полевого шпата и кварца. Эти агрегаты называются пегматоидными.
3. Дальнейшее остывание остаточного расплава приводит к смене пегматоидной кристаллизации на образование блоковых агрегатов, иногда по несколько тонн весом, иногда с образованием чисто полевошпатовой зоны. Кристаллы другого минерала вытесняются.
4. После исчерпания материала для кристаллизации блокового полевого шпата остающийся в избытке кварц завершает кристаллизацию, образуя кварцевое ядро с участием постмагматических процессов. Если этот процесс протекает в замкнутой полости внутри гранита, то в пегматитовом теле возникает зональность. Если остаточный расплав переместился по тектоническому нарушению во вмещающие гранитный массив породы, то может возникнуть жильное тело пегматита с той же зональностью и дополнительным формированием внешней зоны – аплитовой. Она обычно сложена мелкозернистым кварц-палевошпатовым агрегатом, который кристаллизуется вдоль стенок трещины с более низкой температурой. В жильных телах «кварцевое ядро» называют кварцевой осью жилы.
5. К зоне кварцевого ядра (кварцевой оси) бывают приурочены полости (занорыши), стенки которых усажены кристаллами дымчатого кварца, топаза, берилла, турмалина.
6. Летучие компоненты удерживаются в остаточном расплаве наиболее долго и принимают участие в формировании слюды (мусковита), топаза, турмалина, флюорита, апатита.
7. Постмагматические растворы могут взаимодействовать с минералами, образовавшимися на предшествующих этапах, выщелачивать, изменять их, вызывая метасоматические замещения и усложнять состав пегматитового тела (образование слюды, берилла, сподумена (Li), танталит-колумбита (Ta – Nb), касситерита (Sn).
8. Пегматиты как продукт кристаллизации остаточного расплава могут реже образовываться при кристаллизации любых пород: габбро-пегматиты, дунит-пегматиты, сиенит-пегматиты, пегматиты нефелиновых сиенитов.
9. Образование пегматитов происходит на разных, но небольших глубинах: 1,5 – 3,5 км – камерные (хрусталеносные и флюоритоносные); 3,5 – 7 – редкометалльные; 7 – 11 – мусковитовые; более 11 км – редкометалльные и керамические.
10. С гранитными пегматитами связаны промышленные месторождения Li, Be, Nb, Ta, Sn, U, Th, Cs, Rb, редких земель (TR), слюд и керамического сырья. Пегматиты нефелиновых сиенитов и сиенит-пегматиты концентрируют Zr, Hf, U, Th, Nb, Ta, TR, Ti. Пегматитовые занорыши дают драгоценные камни: бериллы, турмалины, топазы, хризобериллы, а также пьезокварц, оптический флюорит и турмалин.
