Геологическое строение, минеральный состав и условия образования щелочно-ультраосновных пород Кепинской площади (Архангельская алмазоносная провинция)

Актуальность выбора объекта исследований определяется, прежде всего, тем, что на территории Архангельской алмазоносной провинции (ААП) на сегодня открыты и разведаны два месторождения алмаза - им. М.В. Ломоносова (Золотицко-Кепинское поле) и им. В. Гриба (Верхотинское поле). Запасы этих месторождений создают основу для создания экономически целесообразной горнодобывающей алмазной промышленности в Архангельском регионе. Эти открытия имеют особую значимость, т.к. это два резко различных минеральных типа первых алмазных месторождений в Европе. Большинство исследователей считают, что они отличаются составом кимберлитовых пород, набором и содержанием минералов тяжелой фракции и ксенолитов метаморфических и мантийных пород, а также морфологическими особенностями алмаза, в том числе, различной долей кристаллов алмаза октаэдрического габитуса (Богатиков и др., 1999; Вержак, 2000; Веричев и др., 1999; Веричев, 2002; Гаранин и др., 2001). Два минеральных типа алмазных месторождений ААП имеют аналоги и на территории Якутской провинции. Так, например, трубки месторождения им. М.В. Ломоносова сходны с такими известными алмазоносными трубками Якутии, как трубки Нюрбинская и Айхал, а трубка им. В. Гриба имеет много общего с другими известными алмазоносными трубками Якутии (Мир и Удачная).

В 2003 г. на трубке Архангельская месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова начались вскрышные работы, что по сути дела является началом промышленного освоения месторождения. Тем не менее, проблема поисков новых месторождений алмазов в Европейской части России с целью наращивания минерально-сырьевой базы региона остается одной из самых насущных. И это уже сейчас определяет необходимость разработки новых геолого-формационных моделей районирования ААП и новых научно-обоснованных методов поиска и прогнозирования алмазоносных трубок в этом регионе. В настоящее время поисковые работы ведутся на большинстве перспективных площадей ААП. Однако на самой крупной по территории и сравнительно недостаточно изученной Кепинской площади, являющейся по оценке многих специалистов одной из самых перспективных для выявления алмазоносных трубок, поиски в течение 13 лет не проводились. Лицензии на геологическое изучение площади только в 2003 году выданы ОАО "СЕВЕРАЛМАЗ" и ФГУП "ЦНИГРИ" Министерства природных ресурсов РФ.

На наш взгляд, на начальном этапе поиска алмазоносных кимберлитов в ААП (конец 80-х начало 90-х годов прошлого столетия) геологи, выделяя Кепинское поле как самостоятельное, не учитывали многие геологические, геофизические и иные факторы в силу слабой изученности этой территории в то время. С накоплением новых данных выяснилось, что границы этого поля, выделенные без учета всей имеющейся геологической, тектонической, геофизической и минералогической информации, необходимо переосмыслить и уточнить. По этой причине корректнее говорить сегодня о Кепинской площади, а не о Кепинском поле (как это сложилось исторически), которое, как будет показано ниже, является структурно неоднородным как по геологическому строению, так и по составу локализованных в его пределах щелочно-ультраосновных пород.

Цель исследований - на основе детального изучения геологического строения и тектонической позиции Кепинской площади, морфологии тел щелочно-ультраосновных пород, их состава, типоморфизма алмаза и минералов-спутников (МСА), петрографии и минералогии связующей массы, предложить концепцию геолого-формационного районирования этой площади, выявить особенности формирования трубок и силлов кимберлитов и оливиновых площади и обосновать новые подходы к оценке пкрспективности как самой Кепинской площади, так и смежных с ней территорий ААП.

Основные задачи исследований. Для достижения намеченной цели потребовалось решить целый ряд геологических, минералого-петрографических, петрохимических, геохимических и других взаимосвязанных задач:

1. Проанализировать и обобщить результаты геолого-геофизических исследований, выполненных на территории ААП в последние годы с целью определения структурно-тектонической позиции Кепинской площади и закономерностей локализации магматических тел.

2. Изучить петрографические особенности пород трубок и силлов, их петрохимические, минералого-геохимические и другие параметры для определения этапов и последовательности формирования выделенных типов пород. Провести обработку петрохимических данных по трубкам Кепинской площади совместно с данными по месторождениям алмазов им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба и по трубкам Верхотинского поля.

3. Изучить морфологические особенности алмаза из тел Кепинской площади, выявить типоморфизм этого минерала.

4. Установить типоморфизм минералов-спутников алмаза (МСА) из тяжелой фракции, а также из связующей массы щелочно-ультраосновных пород тел Кепинской площади и сопоставить их с данными по трубкам Верхотинского поля (включая месторождение им. В. Гриба) и трубкам Золотицкой группы (включая месторождение им. М.В. Ломоносова).

5. Провести районирование Архангельской алмазоносной провинции в пределах Архангельской области, наметить направления поисков алмазов в ААП и в самой перспективной ее части - Зимнебережном алмазоносном районе и непосредственно на территории Кепинской площади.

В основу работы положен представительный фактический материал, наработанный автором в процессе его работы в ПГО "Архангельскгеология", преобразованного в1995 г. в ОАО "Архангельскгеолдобыча" в период с 1975 по 2003 годы. Автором проанализированы фондовые материалы, касающиеся геологии и тектоники ААП и Кепинской площади. Объект изучения - керн поисковых и оценочных скважин, штуфы и шлифы пород, минералы тяжелой фракции пород (алмаз, гранаты, шпинелиды и ильменит), а также ксенолиты коровых и мантийных пород из 19 трубок и силлов Кепинской площади. В основе работы положены результаты минералого-петрографических исследований (около 300 образцов), большого объема петрохимических и геохимических анализов (550 ан) пород из керна скважин, дополненные материалами, опубликованными в открытой печати. Автором совместно с сотрудниками Проблемной лаборатории месторождений алмаза Геологического факультета методами оптической и растровой электронной микроскопии изучена представительная коллекция алмазов из тел Кепинской площади (460 кристаллов) и создан представительный банк данных по морфологии и весовым характеристикам алмаза, исследованы морфология и химизм важнейших минералов-спутников алмаза и минералов из связующей массы пород (около 1500 электронно-зондовых анализов). Эти материалы вошли составной частью в подготовленную к печати монографию "Морфогенез алмаза и его минералов-спутников из кимберлитов и родственных им пород Архангельской алмазоносной провинции", рекомендованную к печати АК "АЛРОСА", соавтором которой является диссертант. Компьютерная обработка результатов аналитических исследований с построением различных диаграмм и гистограмм проводилась как по стандартным, так и по оригинальным программам.

1. Впервые проведено районирование Архангельской алмазоносной провинции и Зимнебережного алмазоносного района на основе геологических и структурно-тектонических критериев и анализа имеющейся геофизической информации. Показано, что Кепинская площадь включает в себя тела щелочно-ультраосновных пород двух полей: Верхотинского и Золотицко-Кепинского. Частью Верхотинского поля является Соянская группа тел Кепинской площади, а в Золотицко-Кепинское поле входят не только Золотицкая группа алмазоносных кимберлитов, но и тела Шочинской, Пачугской и Ключевской групп Кепинской площади.

2. На основе анализа остатков флоры и фауны в телах площади и по взаимоотношению тел с перекрывающими отложениями выяснено, что все тела Кепинской площади сформировались в позднедевонско-среднекаменноугольное время и по последовательности образования подразделяются на три группы: ранняя - силлы кимберлитов, средняя - тела Шочинской, Пачугской и Ключевской групп и поздняя - тела Соянской группы.

3. На основе петрографического анализа пород и соотношений пород кратерной, жерловой и гипабиссальной фаций выделены этапы формирования трубок и рассмотрена временная последовательность образования и заполнения полостей диатрем, а также особенности минерального состава пород. Решающая роль в заполнении полости трубок и их формировании принадлежит флюидам и газам.

4. На основе анализа петрохимических данных показана принадлежность кимберлитов жерловых фаций трубок Кепинской площади, месторождений алмазов им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба к единой петрохимической серии - магнезиально-железистой. Различия между ними, в основном, обусловлены особенностями минерального состава пород различных фаз внедрения, прежде всего, ксеногенных минералов (алмаза и его МСА), при близости изотопно-геохимических характеристик. По петрохимическим параметрам (повышенным содержаниям Fe, Ti и Ca) силлы существенно отличаются от пород трубок и принадлежат к железо-титанистой серии.

5. Изучены гранулометрия и описаны морфологические особенности алмазов из тел Кепинской площади. Показано, что все изученные тела этой площади являются убогоалмазоносными или неалмазоносными. Алмазы относятся к мелким классам, много обломков и осколков при преобладании октаэдрического и додекаэдрического габитусов этого минерала. Выявлено широкое проявление признаков растворения кристаллов алмаза во всех телах этой площади, что является свидетельством активного воздействия на кристаллы агрессивного расплава при его движении вверх и формировании диатрем.

6. На основании представительного банка данных электронно-зондовых анализов установлены парагенезисы важнейших минералов-спутников алмаза, в том числе и алмазоносные. Выявлено преимущественное распространение в телах Кепинской площади минералов ультраосновного парагенезиса и незначительное - эклогитового. Выявлено, что по соотношению минералов-спутников алмаза и их парагенезисам трубка 734 является потенциально алмазоносным телом и наиболее близка к высокоалмазоносной трубке им. В. Гриба. Трубка 136а (Шоча) имеет генетическое сходство с алмазоносными кимберлитами Золотицкой группы (месторождение им. М.В.Ломоносова). В связующей массе пород трубок и силлов Кепинской площади широко распространен рутил, что является типоморфной особенностью тел этой площади.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Проведенное районирование позволяет целенаправленно ориентировать поиски алмазоносных кимберлитов на территориях, находящихся благоприятных геолого-структурных обстановках и характеризующихся конкретным набором признаков алмазоносности (Онежский алмазоносный район, Ручьевское поле).

2. В пределах Кепинской площади выделены участки, перспективные для поисков алмазоносных кимберлитов - Шочинский и Соянский.

3. Широкому кругу геологов представлен обширный фактический материал по кимберлитам Кепинской площади, который может быть использован для новых научных исследований и в практике поисковых работ на алмазы на территории Зимнебережного района.

4. Полученные материалы могут быть использованы при подготовке специалистов-алмазников.

2. Петрохимические особенности кимберлитов Кепинской площади свидетельствуют о том, что: а) материнские породы, слагающие силлы, относятся к железо-титанистой серии; б) кимберлиты жерловой фации, так же как и таковые кимберлиты трубок месторождений им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба, принадлежат к единой петрохимической серии пород - магнезиально-железистой. Несущественные различия в составах кимберлитов этой серии обусловлены загрязнением магматитов кварц-полевошпатовым материалом коры; в) кимберлитовые ксенотуфобрекчии жерловой фации образуют самостоятельную группу пород, петрохимические особенности которой обусловлены, в равной мере, магматическим и ксеногенным материалом, но в целом они, также как и кимберлиты, относятся к магнезиально-железистой серии.

3. Минеральный состав магматических тел Кепинской площади, типоморфные особенности алмаза и его важнейших минералов-спутников, состав оксидов из связующей массы позволяют выделить в пределах площади два потенциально алмазоносных минеральных типа кимберлитов - трубки Шоча и 734, являющихся аналогами известных месторождений им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба соответственно и свидетельствуют о длительной и сложной эволюции магматических расплавов, способствующих активному растворению алмаза и его минералов-спутников при формировании трубок и силлов. Типоморфный признак тел Кепинской площади - распространение рутила в связующей матрице пород, свидетельствующий о повышенной щелочности этих пород и надежный критерий их убогой алмазоносности.

Апробация работы. Отдельные положения работы послужили основой для разработки прогнозно-минерагенического комплекса на алмазы в Архангельской алмазоносной провинции, в результате целенаправленного и последовательного исполнения которого, открыто месторождение алмазов им. В. Гриба, обсуждались на трех международных научных конференциях (Лондон, Великобритания, 1996; Симферополь, Украина, 1999; Ванкувер, Канада, 2003), на научно-технических советах ОАО "Архангельскгеолдобыча", ЗАО "Архангельскгеолразведка", ЗАО "Архангельские алмазы", изложены в отчетах ОАО "Архангельскгеолдобыча", опубликованы в 8 научных статьях.

Автор являлся одним из основных исполнителей работ в темах:

1. "Разработка прогнозно-минерагенического комплекса на алмазы в Архангельской алмазоносной провинции", 1990.

2. "Временные методические рекомендации по поискам коренных источников алмазов в Архангельской алмазоносной провинции", 1991.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы, доктору геолого-минералогических наук Г.П. Кудрявцевой, а также научным консультантам, кандидатам геолого-минералогических наук Е.М. Веричеву и В.К. Гаранину за плодотворное и многолетнее сотрудничество, творческие дискуссии, консультации и помощь в проведении аналитических исследований.

Автор признателен сотрудникам ЦНИГРИ к.г.-м.н. Ю.К. Голубеву и к.г.-м.н. С.М. Саблукову за исчерпывающие консультации и творческие дискуссии. Автор весьма признателен и благодарен своим архангельским коллегам, вместе с которыми плодотворно работал на протяжении многих лет, в первую очередь А.В. Белову, а также к.г.-м.н. В.С. Щукину, А.Н. Буюну, Б.Н. Федорову, О.С. Сергеевой, А.А. Заостровцеву и другим, а также руководителю химико-аналитического центра ОАО "Архангельскгеолдобыча" Г.М. Тарасовой и его сотрудникам Г.А. Скрипниченко, Л.Г. Кубраковой за проведение лабораторных исследований. Автор выражает искреннюю признательность работникам Главного Управления природных ресурсов по Архангельской области Е.И. Малютину, А.Ф. Станковскому, Л.Б. Сергеевой, оказавшим неоценимую помощь в сборе геологической информации. Автор благодарен к.г.-м.н. Т.В. Посуховой за выполнение электронно-микроскопических исследований алмаза и его минералов-спутников. Автор также выражает искреннюю благодарность О.В. Бубликовой и К.В. Гаранину за помощь в обработке аналитических данных и в оформлении работы.

Объем и структура работы. Диссертация, объемом 196 страниц машинописного текста, состоит из введения, 5-ти глав и заключения, содержит 57 иллюстраций, 16 таблиц и список литературы из 120 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Во введении обосновывается актуальность поставленных задач, их научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 содержит обобщенные сведения о геологическом строении ААП и Зимнебережного алмазоносного района. В соответствии с анализом геолого-тектонического строения ААП проведено районированием территории ААП, показано место Кепинской площади в общей структуре Зимнебережного алмазоносного района.

В главе 2 рассматривается геологическое строение и тектоническая позиция Кепинской площади, характеристика размеров и морфологии щелочно-ультраосновных тел, взгляды автора на механизм происхождения кимберлитов, последовательность и этапы формирования трубок взрыва и силлов.

В главе 3 дана краткая характеристика строения трубок, приведен минеральный и петрографический состав щелочно-ультраосновных пород, осуществлена обработка и анализ петрохимических данных, на основе которых сделаны выводы о принадлежности магматитов Кепинской площади к определенным петрохимическим сериям пород: силлов - к железо-титанистой, кимберлитов - к железо- магнезиальной.

Глава 4 содержит данные о морфологии алмазов из тел Кепинской площади, особенности морфологии и состава важнейших минералов-индикаторов кимберлитов и родственных им пород, их парагенезисы. Установлен типохимизм минералов тяжелой фракции и оксидов из связующей массы пород. Дана сравнительная характеристика составов этих минералов из тел Кепинской площади, месторождений алмаза им. М.В. Ломоносова и В. Гриба

В главе 5 рассмотрены вопросы образования и эволюции щелочных ультраосновных пород из тел Кепинской площади и в целом ААП, новые подходы к районированию Кепинской площади, дана оценка алмазоносности этой территории и перспективы поиска алмазных месторождений на этой площади.

В заключение сформулированы основные выводы по результатам исследований и намечены перспективы дальнейшего изучения магматитов Кепинской и других площадей ААП, а также направления поисков алмазоносных тел на территории ААП.