Минералогия кимберлитов и родственных им пород алмазоносных провинций России в связи с их генезисом и поисками

Глава 1. О минералогии алмаза и дискретности процессов его образования.

Доказательства дискретности природного алмазообразования были получены нами при комплексном изучении коллекции кристаллов алмаза и включений в нем с применением методов цветной катодолюминесценции (ЦКЛ), растровой электронной микроскопии и электронно-зондового микроанализа. Выявлено, что один из самых распространенных минералов-узников алмаза - сам алмаз. Из 3000 просмотренных кристаллов алмаза размером 3-5 мм из трубок Мир, Спутник, XXIII съезд КПСС в 600 кристаллах с выявленными разнообразными включениями структуры <алмаз в алмазе> составляют около 40% от всех других минеральных включений (Барсанов и др., 1988). Часто поверхность алмаза-узника покрыта или декорируется тонкими пленками сульфидов, тонкодисперсных частиц графита (?) и (или) углеводородных соединений. Их наличие - прямое доказательство временного разрыва и смены условий при кристаллизации минерала-узника и минерала-хозяина.

Выявлены протогенетические включения со сколовыми поверхностями, или по декорирующим пленкам, или по отсутствию ориентировки алмаза-включения относительно алмаза-хозяина (рис. 1).

В 80-ти кристаллах, изученных методом ЦКЛ, обнаружена центральная зона, характеризующаяся высокой дефектностью и наличием многих центров кристаллизации. В большинстве своем она представляет собой включения типа <алмаз в алмазе> и четко выявляется даже у тех кристаллов, для которых не установлены визуально включения подобного типа. Эта центральная зона, как правило, окрашена в коричневые, оранжево-красные, зеленовато-желтые цвета или вовсе не обладает свечением (рис. 2).

Для многих кристаллов алмаза характерны сильно дислоцированные промежуточные зоны с зеленовато-синим КЛ свечением и многочисленными минеральными включениями Э (эклогитового) и П (перидотитового) парагенезисов. Прослеживается различие в ЦКЛ свечении алмазов Э и П парагенезисов: алмаз Э-типа, как правило, имеет цветовые гаммы светло-голубые, голубые, зеленовато-голубые КЛ свечения, а алмаз типа П имеет светло-синее, синее и темно-синее КЛ свечение (рис. 3).

Различные цвета катодолюминесценции выделенных зон, наличие следов резорбции между ними и присутствие протогенетических включений типа <алмаз в алмазе> (рис. 3), по-видимому, свидетельствуют о кристаллизации промежуточной (зеленовато-голубая, светло-голубая и другие светлые тона) и периферической (синяя) зон алмаза в условиях, значительно отличающихся от тех, в которых зарождались и развивались ядра кристаллов алмаза, как правило, размером не более 50 мкм. Установленное сложное внутреннее строение всех изученных кристаллов алмаза может рассматриваться как однозначный индикатор дискретности процесса природного алмазообразования, длительной эволюции кристаллов, в ходе которой отмечается резкая смена химического состава минералообразующей среды.

Дискретность процесса природного алмазообразования выражается распространением в центральных зонах алмаза включений размером менее 50 мкм, представленных троилитом, пирротином с повышенным содержанием никеля (0,6-8,6 мас.%), в некоторых случаях цинка (до 0,5 мас.%), вюститом без существенных изоморфных примесей (иногда с повышенным содержанием кремния - 6,9 маc.% и никеля - 1,9 маc.%), самородным железом, иногда с примесью никеля (Гаранин и др., 1991). Алмаз в алмазе образует мельчайшие включения до 5 мкм. Кроме указанных биминеральных парагенезисов он содержит троилит+самородное железо (без существенных элементов-примесей); пирротин+вюстит; вюстит+SiO₂; пирротин+омфацит; сульфиды железа (троилит и пирротин) в тесной ассоциации с вюститом. Отметим, что парагенезис вюстит-троилит называют парагенезисом железных метеоритов.

Минералы алмазных включений относятся к наиболее раннему парагенезису, как и минеральные включения внутренних (центральных) зон кристаллов, изучавшиеся некоторыми исследователями (Буланова и др., 1986, 1993; Gurney et al., 1984; Moore, Gurney, 1986 и др.). В них установлены вюстит, монокристальный графит, тэнит+пирротин, углеродистое железо+монокристальный графит, Zn-Fе-шпинель+α-железо+самородная медь.

Перечисленные минералы отсутствуют во внешних и промежуточных зонах кристаллов алмаза. Выявленные контрастные различия в наборе минералов, слагающих включения в центральных и во внешних зонах одного и того же кристалла алмаза указывают на то, что образование зародышей алмаза происходило в резко восстановительной среде минералообразования, отвечающей окислительно-восстановительным условиям железо-вюститового буфера на ранних этапах кристаллизации алмаза в магматических очагах. Зародышеобразование кристаллов алмаза протекало со значительным отрывом во времени от его последующей кристаллизации.

Как известно, минеральные включения в алмазе ультраосновного и эклогитового парагенезиса резко отличаются по набору фаз и составу (табл. 1). При этом отметим, что в трубках Мир, Спутник, им. XXIII съезда КПСС и Удачная на первом месте по распространенности минеральных включений в алмазе находятся сульфиды. Широкое распространение сульфидов во включениях в алмазе характерно для трубок Южной Африки и других регионов мира.

Особо обратим внимание на совмещение минералов-индикаторов ультраосновного и эклогитового парагенезисов в различных зонах алмаза в пределах одного кристалла алмаза-хозяина. Это специфическое проявление дискретности алмазообразования. Известно несколько таких находок. В одной из них в алмазе-хозяине обнаружены омфацит, рутил, SiO₂ (в центре) и оливин в краевой зоне. В кристаллах алмаза из трубок <Монастери> (ЮАР), <Слоан> (Северная Америка) и <им. XXIII съезда КПСС> (Якутия) диагностированы оливин существенно форстеритового состава в краевой зоне кристаллов и обогащенный натрием пироп-альмандин (в центре). В кристалле алмаза из лампроитовой трубки <Аргайл> (Австралия) включение оливина обнаружено вместе с типичными минералами эклогитового парагенезиса - омфацитом и пироп-альмандином. Совмещение парагенезисов сульфидов описано нами: в центральной зоне алмаза содержится пирротин, типичный для алмаза эклогитового парагенезиса, а в краевой - кобальтсодержащий пентландит ультраосновного парагенезиса (Гаранин и др. 1991).

Кимберлитовые и лампроитовые магмы при замещении первичных алмазоносных пород (перидотитов, эклогитов) интенсивно воздействуют на содержащийся в них алмаз. Это приводит не только к его растворению, придающему округлую форму кристаллам, но и к его перекристаллизации, создающей волокнистые и ноздреватые оболочки алмазных зерен, а также микроалмазы размером менее 0,1 мм (гладкогранные октаэдры). В работе В.И. Ваганова (2000) обосновывается возможность кристаллизации алмаза из кимберлитового расплава, насыщенного флюидами, особенно СО₂.

А.А. Маракушев (Маракушев, 2003; 2005) выдвинул идею образования крупных кристаллов алмаза в результате собирательной перекристаллизации его зернистых агрегатов, которые возникали в ходе замещения кимберлитовыми магмами алмазоносных перидотитов и эклогитов в результате агрегации зерен алмаза на фронте замещения, давая начало его зернистым разновидностям (карбонадо, борту и др.). Инфильтрация флюидов, стимулировавшая развитие кимберлитовых расплавов, приводила к образованию не только зернистых агрегатов алмаза, но и его гигантских кристаллов, являясь, таким образом, средой специфического алмазообразования (Маракушев, 2003). В связи с этим отметим, что еще в 70-е годы прошлого века главный геолог НПО <ЯКУТАЛМАЗ> А.И. Боткунов демонстрировал фотографию крупного зернистого агрегата алмаза с центральной гомогенной зоной развития алмаза октаэдрической формы.

Совокупность новых данных позволила нам еще в 90-х годах прошлого века предложить основные стадии кристаллизации алмаза и его последующей перекристаллизации (табл. 1), которые на сегодня могут быть дополнены новейшей информацией об особо глубинных алмазах, кристаллизация которых прослеживается до глубин порядка 650 км (Пущаровский, 2004; Navon, 1998). В настоящее время доказано наличие в кимберлитах очень глубинных алмазов с минеральными включениями, отвечающими глубинам до 650 км. Это ферропериклаз, CaSi-перовскит, SiO₂, MgSi-перовскит, CaTi-перовскит, тетрагональный альмандин-пироп, маджоритовый гранат (Kaminsky et al., 2001; Navon, 1998).

За последние 10 лет обнаружено, что дискретность алмазообразования проявляется в широком спектре процессов в мантии и земной коре. Выявлено зональное распределение изотопов углерода, азота и кислорода в кристаллах алмаза, наличие прямой и обратной зональности по содержаниям водорода, отражающим вариации окислительно-восстановительных условий кристаллизации. Исследованы флюидные включения в оболочках зерен алмазов волокнистого строения и в облаковидных и замутненных зонах кристаллов алмаза, которые отличаются повышенными содержаниями элементов минеральных фаз и летучих (К, Si, Na, Ca, Mg, Cl, CO₂, CO₃, S и др.), принимающих активное участие в растворении и перекристаллизации алмаза.

Состав вторичных флюидных включений в алмазах выражается приблизительной формулой: (K,Na)₈(Сa,Fe,Mg)₄SiO(CO₃)Cl₁₀(H₂O)_28-44, отвечающей валовому содержанию 30-42% воды, 19-22% хлора, 14-17% натрия и калия, 22-25% Fe-Ca-Mg-карбонатов и 3-4% кремния (Navon, 1998). Это отражает воздействие на алмаз химически агрессивных флюидов повышенной щелочности, сопровождающих развитие кимберлитового и лампроитового магматизма. Они отчасти растворяли алмаз, вызывали его образование и преобразование.

В алмазах обнаружены сингенетические включения джерфишерита в ассоциации с флогопитом (Гаранин и др., 1991) и экзотическими минералами. Это Sr-магнетоплюмбит, Ва-магнетоплюмбит (хоторнеит), К-магнетоплюмбит (ийменгит) (Bulanova et al., 2004). Такие экзотические минеральные включения в алмазе - прямое свидетельство перекристаллизации алмаза под воздействием кимберлитового магматизма. Это сопряжено и с метасоматическими процессами воздействия не только на алмаз, но и на его спутники. Предполагается, что ийменгит образован при метасоматическом воздействии К-Ва-флюидов на хромит. Эти процессы близки по времени к образованию кимберлитов, например, кимберлитовой трубке Сиз (Зимбабве) с возрастом 538 11 млн. лет (Rb-Sr метод по слюде). Возраст алмаза с включением ийменгита, определенный по ⁴⁰Ar-³⁹Ar методу, равен 538 11 млн. лет и совпадает с возрастом трубки, хотя в ней содержатся и более древние алмазы с возрастом 892 21 млн. лет (Bulanova et al., 2004). Такие факты свидетельствуют об эффективном омоложении алмаза под воздействием кимберлитового магматизма. Вариации возраста алмаза, определяемые по азоту в пределах одного зерна алмаза, отвечает диапазону в млрд. лет. Омоложение выражено присутствием в оболочках алмаза А-центров азота (одиночными атомами азота в структуре алмаза). В центре кристаллов находится древний алмаз с В-центрами агрегированного азота (Taylor et al., 1996). Определение возраста алмаза по минеральным включениям в нем (преимущественно по гранату и пироксену) также дает значительный разброс его возраста, что может рассматриваться в качестве доказательства дискретности природного алмазообразования.

Основная масса алмазов (в том числе и ювелирного качества) формировалась на зародышах алмаза в мантии в магматических очагах, расслоеных на эклогитовую и перидотитовую магмы, начиная с возраста порядка 4 млрд. лет назад и продолжалась дискретно (поэтапно) на протяжении докембрийского времени. С этим процессом связано формирование первичного алмаза, лучше всего сохранившегося в нодулях эклогитов и перидотитов из трубок. Согласно А.А. Маракушеву (1985; 2003; 2005), кристаллизация первичного алмаза происходила в глубинных мантийных очагах в эклогит-перидотитовых магмах, внедрявшихся затем в земную кору, в которой они закономерно вписывались в формирование ее докембрийских складчатых формаций, образующих в конечном итоге древнейшие кристаллические основания платформ. Этим объясняется возрастное соответствие древнейшего кристаллического фундамента платформ и алмазоносных перидотитов и эклогитов, содержащихся в виде нодулей в кимберлитах и лампроитах, которые имеют значительно более молодой (фанерозойский) возраст. Кимберлитовые и лампроитовые расплавы возникали в процессах фанерозойской активизации платформ под воздействием флюидных потоков повышенной щелочности, генерируемых все теми же мантийными магматическими очагами, которые порождали и интрузивы эклогитов и перидотитов. Кимберлитовые и лампроитовые магмы замещали их с захватом в виде нодулей и унаследованием алмазоносности, внедряясь затем в верхние части платформ в виде силлов, даек и трубок. Этим объясняется, что алмазоносные трубки ограничиваются в своем распространении частями платформ с древним фундаментом, соответствующим по возрасту эклогит-перидотитовым нодулям содержащимся в них, что согласуется с эмпирическим правилом Клиффорда. Кимберлитовый и лампроитовый магматизм воздействует на эклогитовые и перидотитовые алмазы не только в разрушительном аспекте. Под его воздействием формируются агрегатные стяжения алмаза, с собирательной перекристаллизацией которых связано образование гигантских алмазов, не встречающихся в нодулях эклогитов и пироповых перидотитов (Маракушев, 2003; 2005).

Зональность кристаллов алмаза связывается с эффектом кристаллизационной дифференциации алмазоносных магм и, особенно, с их восходящим внедрением в земную кору из глубин мантии, относящихся к алмазной минеральной фации. Она затушевывается перекристаллизацией алмаза, обусловленной воздействием на него кимберлитового и лампроитового магматизма в земной коре.

Из изложенного материала сформулируем 1-ое защищаемое положение:

Структуры <алмаз в алмазе> и минеральные включения в алмазе отражают дискретность алмазообразования, обусловленную вариациями флюидного режима в мантийных магматических очагах, контрастно расслоенных на эклогитовую (Э) и перидотитовую (П) зоны. Совмещение включений минералов Э и П типа в кристаллах алмаза отражает их погружение в магматических очагах в ходе кристаллизации. Завершением этого длительного процесса служит агрегация зерен алмаза и их собирательная перекристаллизация, порождающие гигантские кристаллы алмаза и его зернистые агрегаты типа карбонадо и борт.