КИМБЕРЛИТЫ - ПРИРОДНЫЕ СВЕРХГЛУБОКИЕ СКВАЖИНЫ Т. В. Посухова (кафедра минералогии МГУ им. М.В. Ломоносова) Опубликовано в Соросовском образовательном журнале  том 6, N5, стр.57-63, 2000г

Назад | Вперед | Содержание

КИМБЕРЛИТЫ И АЛМАЗЫ

Практическое значение кимберлитов определяется тем, что с этими породами связаны первичные (коренные) месторождения алмаза - алмазоносные кимберлитовые трубки. За счет их разрушения и размыва (выветривания) образуются вторичные (россыпные) месторождения. Алмазоносные россыпи - это песчаные речные или прибрежно-морские отложения, в которых алмазы сохраняются и накапливаются благодаря своей механической и химической стойкости, тогда как другие минералы, слагающие кимберлиты, разрушаются (дробятся и растворяются). До 1960 года основная добыча алмазов (80%) приходилась на россыпные месторождения. Их гораздо легче искать. Блестящие кристаллы в речной гальке привлекают внимание не только специалистов-геологов, многие россыпные месторождения были найдены детьми. Например, первый уральский алмаз нашел 4 июля 1829 года 14-летний крепостной Павел Попов, а дети фермеров-буров обнаружили первые камни на берегах рек Оранжевой и Вааль в Южной Африке. Россыпные месторождения мелкие и быстро вырабатываются. Поэтому главная задача геологов - найти коренной источник россыпей. Эта трудная задача успешно решена, и после 1990 года более 75% мировой добычи алмазов приходится на долю коренных месторождений. Разрабатываются трубки, в которых содержание алмазов составляет от 0,5 до 6 карат (0,2 г) на 1 т породы. В 1990 году из восьми коренных месторождений (Аргайл, Орапа, Летлхакане, Джваненг, Мир, Удачная, Финш, Премьер) было добыто 66 млн карат алмазов. Добыча ведется двумя способами: открытым (экскаваторы роют огромные карьеры, из которых руду вывозят на самосвалах) и закрытым (строят подземные шахты). Одна из самых глубоких шахт в мире построена для добычи алмазов на кимберлитовой трубке "Де-Бирс". Ее глубина больше 1 км, и до закрытия рудника здесь добывали около 380 тыс. карат алмазов в год.

Добываемые из кимберлитов алмазы имеют различную форму и размер. Наиболее высоко ценятся прозрачные ювелирные камни. Самый большой из них - знаменитый алмаз "Кулинан" был найден в трубке "Премьер" в ЮАР 28 января 1905 года. Он весил 3106 карат (чуть более 600 г), и его стоимость была равна стоимости 94 т золота. В России самый большой кристалл найден в трубке "Мир" 23 декабря 1980 года. Он весит 342,5 карат. Доля таких больших ювелирных камней мала (0,38%), несколько выше доля ювелирных камней крупнее 10 карат (11,6%). Основную массу добываемых алмазов составляют технические и полуювелирные сорта. Среди них особое место занимают мелкозернистые сростки, состоящие из темноокрашенных кристалликов размером менее 0,1 мм. Такие сростки (карбонадо и фрамезиты) достигают больших размеров (более 1 кг) и обладают очень большой твердостью. Например, образцы фрамезита не поддаются обработке даже алмазной пилой.

Алмазы присутствуют не во всех кимберлитах. В настоящее время уже найдено более 1000 кимберлитовых тел, но алмазы установлены только в 200 трубках, а эксплуатируемых месторождений среди них только 23. Чтобы понять, почему не все кимберлитовые трубки алмазоносны, ученые изучают условия образования кимберлитов.

Наибольший практический и научный интерес вызывают находки в кимберлитах алмазоносных ксенолитов - обломков глубинных пород, в которых алмаз является породообразующим минералом (рис. 3). Эти породы можно назвать алмазитами. В настоящее время известно более 200 таких находок. Одна из них представляет собой сросток черного алмаза с гранатом (пиропом) и пироксеном (диопсидом), найденный в трубке "Удачная", который весит 2,3 кг. Среди алмазоносных ксенолитов по минеральному составу выделены две группы. Первую более многочисленную группу составляют образцы эклогитов (130 находок). Это кристаллические биминеральные горные породы, обедненные кремнием и обогащенные алюминием, состоящие из силикатов кальция и магния - зеленого диопсида и красно-оранжевого граната (альмандина). В качестве второстепенных минералов в них присутствуют оксиды и силикаты алюминия - корунд A_l2O₃ и кианит Al₂[SiO₄]O, оксиды титана - ильменит FeTiO₃, рутил TiO₂, а также графит. Вторую группу глубинных ксенолитов составляют гранатовые перидотиты - магматические породы ультраосновного состава, обедненные кремнием и алюминием и обогащенные магнием и железом. Здесь главными породообразующими минералами являются силикаты магния и железа: оливин Mg₂[SiO₄], энстатит Mg₂[Si₂O₆], диопсид CaMg[Si₂O₆] и гранат (пироп). Кроме того, в небольших количествах присутствуют оксиды и сульфиды железа: хромит FeCr₂O₄, ильменит FeTiO₃, пирротин Fe_1 - xS, пентландит (Fe, Ni)₈S₉ . Часть ксенолитов несет следы пластических деформаций.

Алмазы, найденные в ксенолитах перидотитов и эклогитов, различаются по форме, размеру и физическим свойствам. Алмазы из ультраосновных ксенолитов имеют форму правильных многогранников (октаэдров) и размеры 0,2-3,0 мм. Они характеризуются узким диапазоном вариаций изотопного состава углерода. Концентрация тяжелого изотопа углерода (¹³С) колеблется от - 9 до - 2д (грамм на 1000 г вещества). Изучение их внутреннего строения показало, что это монокристаллы, первичной формой роста которых являлся октаэдр.

Рис. 4. Разнообразие форм нахождения алмазов в кимберлитах: а-в - кристаллы (а - октаэдры, б - ромбододекаэдры, в - кубы), г - поликристаллические агрегаты

В ксенолитах эклогитов алмазы имеют разные размеры и форму. Это могут быть октаэдры, додекаэдры, сложно ограненные многогранники, кубы (рис. 4). Наиболее крупный алмаз, найденный в ксенолите эклогита в трубке "Робертс Виктор" (ЮАР), имеет размер около 1 см и весит 5,75 карат, а в трубке "Удачная" обнаружены микрокристаллы размером 30-500 мкм. Эти алмазы характеризуются весьма широкими вариациями изотопного состава углерода (¹³С от - 34 до +1д). Изучение их внутреннего строения показало, что по классификации Ю.Л. Орлова (1984) они принадлежат к разным типам (см. рис. 4). Среди них преобладают однородные монокристаллы, первичной формой роста которых являлся октаэдр (тип I). Кроме того, встречены разноокрашенные (желтые и черные) монокристаллы, первичной формой роста которых был куб (типы II и III), а также неоднородные по внутреннему строению кристаллы в оболочке (тип IV), кристаллы с многочисленными включениями графита (тип V) и поликристаллические сростки (типы VII, VIII).

Очевидно, что алмазоносные ксенолиты должны кристаллизоваться при температурах и давлениях, при которых стабилен алмаз. Диаграмма плавкости углерода была изучена еще в 1963 году американским исследователем Банди. Он установил, что алмаз является высокобарной полиморфной модификацией углерода, устойчивой при давлениях выше 40 кбар и температурах около 1000°C. Это позволило предположить, что именно такими были условия кристаллизации глубинных пород, обломками которых являются алмазоносные ксенолиты. Ученые сделали вывод, что алмазы кристаллизуются на больших глубинах в мантии Земли, а кимберлиты являются своеобразными транспортерами, доставляющими их на поверхность Земли.

Назад | Вперед | Содержание