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

Глава 7. Минералогическая паспортизация и алмазоносность кимберлитовых и родственных им тел, районирование районов проявления кимберлитового магматизма, зональность кимберлитовых трубок, районов и провинций.

На современном этапе изучения кимберлитов, лампроитов и родственных им пород, а также поиска новых тел эффективно использовать геологические и другие материалы можно только на базе мощных геоинформационных систем, в которых одним из важнейших блоков является минералогический. Систематизация минералогических данных в базы, их структурирование, создание новых классификаций алмаза и его минералов-спутников дают возможность наиболее эффективно провести минералогическую паспортизацию известных тел и создать новые технологии поиска алмазоносных кимберлитов, лампроитов и других типов алмазоносных пород. Примером такого рода работ являются проведенные нами обобщения и паспортизация кимберлитов и родственных им тел в Мало-Ботуобинском поле ЯАП и на Зимнем Берегу ААП.

Паспортизация кимберлитовых тел Якутской алмазоносной провинции на основе типохимизма ильменита

Ильменит из кимберлитов относится к важнейшим минералам-спутникам алмаза (МСА) и, наряду с гранатом, хромшпинелидом и диопсидом, играет определяющую роль в применении и совершенствовании минералогических методов поиска алмазоносных кимберлитов. Необходимо особо отметить широкое распространение ильменита в кимберлитовых трубках ЯАП, в том числе и высокоалмазоносных, например, в трубках Мир и Удачная, - базовых объектах алмазодобывающей промышленности компании <АЛРОСА>. В лаборатории месторождений алмаза Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова в течение многих лет проводились исследования ильменита из массивов щелочных ультраосновных пород и карбонатитов, ультрабазитов и кимберлитов.

К настоящему времени в лаборатории накоплен огромный материал по ильмениту из кимберлитов, слагающих трубки Якутской алмазоносной провинции. Большое внимание в исследованиях ильменита нами было уделено изучению его магнитных свойств методом термомагнитного анализа (Гаранин и др., 1987), типохимизму состава этого минерала из трубок, а также выявлению зональности (неоднородности) зерен ильменита и структур распада твердого раствора в нем. Обработка полученных результатов проводилась с учетом геолого-тектонических особенностей района и алмазоносности трубок.

В результате проведенных исследований и обобщения всего материала были получены следующие результаты, имеющие генетическое и прикладное значение:

В высокоалмазоносных телах отмечается узко выдержанный и четко направленный тренд эволюции состава ильменита из перидотитов через ильменит-пироксеновые породы к гранат-ильменитовым сросткам с увеличением в этом направлении гейкилитового минала в ильмените. Наиболее высок процент гомогенного магнезиального гемоильменита (ферримагнитный при Т_комн. ильменит) с наиболее высоким содержанием гематитового минала (более 34 мол.% Fe₂O₃). Слабее проявлены зональность состава ильменита, масштабность проявления структур распада твердого раствора. В связующей массе пород слабо проявлены реакционные каймы на зернах ильменита. Наиболее широко распространены кристаллы алмаза октаэдрического габитуса.

В слабоалмазоносных телах отмечается более размытый тренд эволюции состава ильменита от перидотитов к гранат-ильменитовым сросткам со значительными вариациями всех трех основных миналов (FeTiO₃, MgTiO₃, Fe₂O₃). При этом в тяжелой фракции широко представлен ильменит преимущественно из ильменитовых диопсидитов. Наиболее низок процент гомогенного магнезиального гемоильменита, ферримагнитного при Т_комн.. При этом отсутствует ильменит этой группы с высоким содержанием гематитового минала более 34 мол.% Fe₂O₃. Широко проявлены зональные зерна ильменита, как на желваках ферримагнитного при Т_комн. ильменита, так и на желваках парамагнитного при Т_комн. ильменита, а также зерна ильменита со структурами распада твердого раствора. В связующей массе пород интенсивно проявлены реакционные каймы на зернах ильменита. Кристаллы алмаза имеют не только октаэдрический габитус, но и наблюдается высокий выход кристаллов алмаза переходной группы октаэдр-додекаэдр и округлых кристаллов алмаза, что является прямым доказательством снижения алмазоносности этих тел за счет растворения алмазов при их более длительной транспортировке агрессивным кимберлитовым расплавом. Таким образом, не только их потенциальная алмазоносность была невысока, но она еще и уменьшалась в процессе доставки кристаллов алмаза к дневной поверхности.

Ильменит из кимберлитов других районов ЯАП имеет широкие вариации состава, однако наибольшей распространенностью пользуются магнезиальные разности с низким и умеренными содержаниями трехвалентного железа (от 3,9 до 16, в среднем 9,5 мас.% MgO; от 0 до 1,5, в среднем 0,41 мас.% Al₂O₃; от 39,8 до 56,6, в среднем 48,93 мас.% TiO₂; от 0 до 6,9, в среднем 0,86 мас.% Cr₂O₃; от 0,01 до 24,8, в среднем 12,16 мас.% Fe₂O₃). Магнезиальный и магнийсодержащий гемоильменит (ферримагнитный при Т_комн.), являющийся типоморфным минералом для Мало-Ботуобинского района, в кимберлитовых породах других районов Якутии присутствует в резко ограниченных количествах. Кроме того, в кимберлитах других районов ЯАП в отличие от Мало-Ботуобинского района сравнительно редко встречается железистый и магнийсодержащий ильменит. Ильменит из других районов, также как и из тел Мало-Ботуобинского поля, преимущественно относится к ильменитовым гипербазитам, а не эклогитам.

Паспортизация кимберлитовых и родственных им тел Зимнего Берега ААП на основе типохимизма индикаторных минералов и оценка их алмазоносности

Нами выполнена минералогическая паспортизация 38 тел щелочно-ультраосновных магматитов из различных полей Зимнебережного района, что позволило установить типоморфные признаки алмаза и его минералов-спутников (МСА) из отдельных трубок, кустов, полей и района в целом и подойти к районированию площади с минералогических позиций. В ходе работы были обобщены и систематизированы все имеющиеся на сегодняшний день данные по содержанию и составу важнейших МСА из этих тел, составлены банки данных минералов с помощью разработанных ранее классификаций МСА (Гаранин и др., 1991) выявлена их принадлежность к различным минеральным парагенезисам. Вся эта работа проведена на единой технологической основе и статистически представительном материале. В обработке было задействовано 8000 полных электронно-зондовых анализов граната, клинопироксена, хромшпинелидов и ильменита. На территории Архангельской алмазоносной провинции это первая работа обобщающего характера с системным подходом, из которой вытекает множество генетических и прикладных задач. Одна из них - экспертиза и оценка алмазоносности оперативного характера новых открытых на сегодня объектов филиала АК <АЛРОСА> в г. Архангельске геологоразведочного предприятия <АЛРОСА-Поморье>.

Данные минералогической паспортизации кимберлитов из месторождений алмаза показали, что в тяжелой фракции пород обоих месторождений преобладают минералы ультраосновного парагенезиса. В трубках Золотицкого поля (минеральный тип II) они представлены хромшпинель-гранат-клинопироксеновой ассоциацией при практически полном отсутствии ильменита, а в трубке имени В. Гриба - хромшпинель-гранат-клинопироксеновой и ильменит-гранат-клинопироксеновой ассоциацией (минеральный тип I). Установлен высокий процент (6-9%) выхода минералов из высокоалмазоносных дунитов и гарцбургитов и алмазоносных перидотитов. Минералы эклогитового парагенезиса (выявлены только из магнезиальных и магнезиально-железистых эклогитов) присутствуют в подчиненном количестве (примерно 22% в месторождении им. М.В. Ломоносова и 6% в трубке им. В. Гриба).

Для всех тел района установлено преобладание МСА ультраосновного парагенезиса при переменном, но в целом резко подчиненном количестве МСА эклогитового парагенезиса. Редки минералы глиноземистых и кальциевых эклогитов, образование которых многие специалисты связывают с субдукционными процессами, затягиванием океанических базальтов на большие глубины и их эклогитизацию.

Практически для всех изученных тел в исследованных выборках граната и хромшпинелида заметно преобладают или широко распространены минералы из парагенезиса равномернозернистых лерцолитов, что свидетельствует о существовании под всем Зимнебережным районом мощного блока равномернозернистых лерцолитов, в той или иной степени алмазоносных, с переменным количеством варьирующих по составу граната, хромшпинелида и клинопироксена. Выявлено повышенное содержание титана (до 4 мас.% TiO₂) в составе большинства зерен высокохромистых (>50 мас.% Cr₂O₃) шпинелидов из кимберлитов и оливиновых мелилититов ААП, начиная от хромита алмаз-пироповой фации глубинности. Повышенное содержание титана в высокохромистых хромшпинелидах - один из типоморфных признаков щелочных ультраосновных пород ААП. Подобные аномалии в составе хромшпинелидов из тел ААП послужили одним из оснований для предположения о том, что кимберлитовые трубки ААП имеют некоторые черты сходства с лампроитами Австралии (Богатиков и др., 1999).

Широкое проявление катаклаза и интенсивной проработки мантийных пород высокотемпературными флюидами доказывается распространением хромшпинелидов неалмазоносных парагенезисов из катаклазированных лерцолитов, гранат-клинопироксен-хромшпинелевых сростков и включений в зональных гранатах.

Вероятно, равномернозернистые лерцолиты претерпевали катаклаз с одновременным воздействием высокотемпературных флюидов, что способствовало текстурному изменению и перекристаллизации пород. В результате этих процессов возникли катаклазированные породы с гранат-клинопироксен-хромшпинелевыми сростками, а также зональные гранаты с включениями хромшпинелидов, являющиеся, вероятно, продуктами дезинтеграции сильно измененных фрагментов тех же катаклазированных пород. При этом состав хромшпинелидов эволюционировал в сторону увеличения содержания титана и трехвалентного железа. Катаклаз и воздействие высокотемпературных флюидов, несомненно, вызывали частичное растворение кристаллов алмаза, приобретение ими округлой формы и снижение потенциальной алмазоносности мантийных пород. Выявлена четкая взаимосвязь между количеством и составом МСА, являющихся производными катаклазированных пород (из гранат-клинопироксен-хромшпинелевых сростков, катаклазированных лерцолитов и зональных гранатов), соотношением габитусных форм кристаллов алмаза и алмазоносностью пород. Чем больше в тяжелой фракции минералов из этих пород, тем менее алмазоносно тело и тем больше в нем кристаллов алмаза додекаэдрического облика и кристаллов переходной группы октаэдр-додекаэдр (О-Д).

В целом спектр составов ильменитовых мантийных пород представлен магнезиальными типами парагенезисов этого минерала. В ЯАП дифференциация глубинных ильменитовых пород проявлена гораздо масштабнее.

Эклогитовые породы присутствуют в мантийном разрезе ААП в подчиненном количестве и развиты неравномерно. В месторождениях имени М.В. Ломоносова и В. Гриба единичные зерна граната и клинопироксена принадлежат высокоалмазоносным высокотитанистым магнезиально-железистым эклогитам. Среди гранатов эклогитового парагенезиса практически во всех названных телах заметно преобладает гранат из алмазоносных магнезиально-железистых ильменит-рутиловых эклогитов. Кроме того, в некоторых телах (месторождение имени М.В. Ломоносова, трубка Шоча, оливиновые мелилититы Верхотинского поля) отмечается присутствие граната из высокожелезистых рутиловых эклогитов и эклогитоподобных пород. Большинство выделенных эклогитовых парагенезисов алмазоносно, а значит часть алмазов в телах ААП связана с магнезиально-железистыми и, в меньшей мере, магнезиальными эклогитами.

Анализ результатов проведенной минералогической паспортизации щелочно-ультраосновных пород различных полей Зимнебережного алмазоносного района свидетельствует о сложном, неоднородном строении верхней мантии в пределах данного региона и различном проявлении процессов преобразования глубинных пород даже в близко расположенных участках. Полученные данные позволяют выделить в пределах Зимнебережного района три основных блока кимберлитов и родственных им пород.

Блок I формируется Золотицким полем, западной частью Шочинского куста и Ключевским кустом Кепинской площади. Мантийные породы сложены преимущественно магнезиальными ультрабазитами с неравномерным развитием эклогитов (преимущественно магнезиально-железистыми). С севера, востока и юго-востока вышеописанный блок окружен полудугой более титанистых и железистых мантийных пород (блок II), в разрезе которых наряду с магнезиальными ультрамафитами и эклогитами широко представлены интрузии ильменитовых гипербазитов. Это кимберлиты и родственные им породы Верхотинского поля, Соянского и Пачугского кустов Кепинской площади, а также наиболее западных тел Шочинского куста. Неравномерность распределения интрузий ильменитовых ультрабазитов в объеме данного блока мантийных пород обуславливает различную степень участия глубинных ильменитовых пород в образовании кимберлитов и оливиновых мелилититов даже в близко расположенных телах данной территории. Мантийные породы рассматриваемого блока в гораздо большей степени подвергнуты перекристаллизации в условиях катаклаза и воздействия высокотемпературных мантийных флюидов. Эти факторы в совокупности с различной глубиной заложения магмогенерирующих очагов и разной динамикой становления тел явились причиной разнообразия минерального состава щелочно-ультраосновных пород данной территории.

Толеитовые базальты Турьинского и Полтинского полей, приуроченные к блоку III, отличаются сравнительно высоким заложением магматических очагов и являются дифференциатами сложного расщепления мантийных расплавов с выплавлением дериватов основного (базальтового) расплава. Мантийного материала, в том числе и ильменитовых систем практически нет.

Разная алмазоносность тел, очевидно, обусловлена целым рядом факторов: первичной алмазоносностью мантийных пород, глубиной образования очагов кимберлитового магматизма, объемом ассимилированных мантийных и коровых пород, длительностью становления кимберлитовых тел, а также степенью метасоматической проработки мантийных пород при катаклазе, связанном с глубинными тектоническими движениями в процессе перестройки литосферной мантии.

В заключении необходимо подчеркнуть, что проведение паспортизации тел должно включать в себя данные геологического строения, минерального состава пород, химизма минералов тяжелой фракции и связующей массы пород, петрохимические и геохимические данные пород и минералов, а также химизм мантийных пород и особенности состава минералов из этих пород, и, наконец, совокупность данных по алмазу. Сделать паспорт объекта чрезвычайно сложная задача, но это ключ к разработке модели генезиса мантийных и кимберлитовых пород и пониманию генезиса алмазов, а значит к разработке новых, более совершенных и экспрессных, методов поиска месторождений алмаза.

Латеральная зональность кимберлитовых районов и провинций и вертикальная зональность кимберлитовых трубок и ее роль в оценке алмазоносности этих тел

При поисках алмазоносных кимберлитов и оценке их продуктивности на основе минералогических критериев существенна информация об изменении состава минералов по вертикальному и горизонтальному разрезу кимберлитового тела. При этом необходимо учитывать, во-первых, корреляционные взаимосвязи алмазоносности с составом минералов по горизонтали и по глубине, во-вторых, вертикальную зональность, независимо от вызывающих ее причин.

Известно, что зональность провинций проявляется, прежде всего, в закономерном расположении кимберлитовых трубок в пределах кратонов: к их окраинам и складчатым поясам тяготеют более молодые трубки, а древние - к центральным частям кратонов. При переходе от центральных к периферическим частям Якутской провинции наблюдается падение алмазоносности кимберлитовых тел, обусловленное закономерной сменой субфаций: алмазной, алмаз-пироповой, пироповой, сменяющиеся на периферии провинции проявлениями родственных кимберлитам щелочно-ультраосновных пород (карбонатиты, пикриты, меймечиты и др.) (Милашев, 1965; Каминский, 1972). В этом направлении возрастает доля алмаза эклогитового парагенезиса (Зинчук, Коптиль, 2005) и увеличивается доля алмаза додекаэдрической и кубической форм (Бартошинский, 1984), а также снижается доля пород с высокобарными алмазными парагенезисами и возрастает роль менее глубинных мантийных пород (шпинелевые перидотиты, безгранатовые ультрабазиты и пироксениты). В последних работах З.В. Специуса (2000; 2002) также отмечается и выявляется латеральная зональность литосферной мантии под Сибирской платформой, связанной со сложным проявлением метасоматоза и частичного плавления мантийного материала. Намечается латеральная минералогическая и геохимическая специализация кимберлитовых полей на Зимнем Берегу ААП, которая коррелирует с алмазоносностью (Богатиков и др., 1999; Саблуков и др., 2000; 2002).

Латеральная зональность выделяется и на уровне трубки. Иллюстрацией к этому могут служить материалы по трубкам Якутская и Зарница ЯАП. Пробы па трубке Якутская были отобраны на одном из горизонтов по сетке, что позволило проанализировать поведение температуры Кюри ферримагнитных минералов по всей горизонтальной мощности трубки. На основе результатов термомагнитного анализа (ТМА) были построены изолинии температур Кюри магнетита. Система изолиний (рис. 10а) наглядно демонстрирует неоднородное строение трубки по горизонтали, на что указывают наличие температурных минимумов в западной и восточной частях трубки и высокотемпературная <перемычка> в ее центральной части. Данную картину можно интерпретировать как результат неодновременного становления правой и левой частей объекта, что говорит о наличии по крайней мере двух типов (или фаз внедрения) кимберлита. Эти выводы согласуются с геологическими данными, по которым устанавливаются два этапа внедрения кимберлитового материала (вплоть до присутствия двух подводящих каналов). В магнитной фракции, отобранной по сетке на одном из горизонтов в трубке Зарница, представленной по данным ТМА маггемитизированным магнетитом, в высокотемпературной области фиксировались также температуры Кюри магнетита (рис. 10б). Как видно из рисунка, обнаруживается концентрический тип зональности с максимальными значениями θ (610^оС и более) по периферии трубки и минимальными (580^оС) - для центральной части трубки. Наблюдается отчетливая тенденция закономерного приближения магнетита к своей стехиометрии по мере удаления проб от бортов трубки к ее центру. Подобная картина является отражением <жестких>, закалочных условий по бортам трубки на стадии ее становления и более <мягких> (с малыми градиентами температур) условий внутри ее объема.

Кроме латеральной изменчивости кимберлитов, установлен другой тип зональности - вертикальный. Здесь наиболее ярко проявляется минералогическая зональность, связанная как с формированием тел, так и последующими процессами гидротермального и гипергенного изменения пород в телах.

Вертикальная минералогическая зональность трубки Мир установлена нами при изучении ферримагнитных оксидов из кимберлитовых пород трубки, привязанных к трем фазам внедрения и изученных до глубины 1200 м. До глубины 400 м в составе магнитной фракции присутствует исключительно ильменит (пара-, и ферримагнитный при комнатной температуре), а затем появляются (и с глубиной их количество возрастает) другие, заведомо неильменитовые (θ > 300^оС) фазы. На гистограммах температур Кюри выделяется несколько групп (несколько интервалов температур). На трубке Мир с определенной глубины (более 250 м) появляются и затем становятся полноправными членами магнитной фракции шпинелиды как продукты распада твердого раствора системы MgTiO₃-FeTiO₃-Fe₂О₃-Сг₂О₃-Аl₂О₃. Это магнетит с низкими содержаниями изоморфных примесей (θ~=540-590^оС), хромсодержащий титаномагнетит (θ~430-510^оС) и титансодержащий хромшпинелид (θ~300-420^оС). В приповерхностных условиях (первые 250 м) реализовались возможности <закалки> (в применении к ильмениту - условия консервации его состава). В то же время на глубине малые градиенты изначально высоких температур способствовали возникновению и развитию процесса распада твердого раствора ильменита с образованием ферримагнитных шпинелидов.

Вертикальная зональность обнаружена нами и на трубках Зимнего Берега ААП. При изучении особенностей химического и фазового состава оксидов из связующей массы кимберлитов из верхних (до 500 м) и глубоких горизонтов (до 1000 м) алмазоносной трубки Пионерская установлено, что в автолитовой кимберлитовой брекчии микрокристаллические фазы распространены крайне неравномерно. Рудные минералы в породах верхних горизонтов представлены практически одними Аl-Ti-хромшпинелидами при редких выделениях сфена и циркона. Набор и количественные соотношения рудных минералов из связующей массы кимберлитов глубоких горизонтов, представленных породой с массивной текстурой, иной: выделения перовскита, титаномагнетита и зональные выделения шпинелидов (в порядке уменьшения распространенности). Последние сложены А1-Ti-хромшпинелидами в своей ядерной части с каймами перовскит-титаномагнетитового состава. В отличие от кристаллов алмаза из пород верхних горизонтов, где преобладает алмаз додекаэдрического габитуса, в пробах из глубоких горизонтов наблюдаются только мелкие зерна алмаза, нередко в виде коробчатых скелетных кристаллов и сростков октаэдров с интенсивно растворенной поверхностью.

Вывод о снижении алмазоносности кимберлитовых пород трубки Пионерская с глубиной, полученный на основе изучения фазового и химического состава микрокристаллических минералов из связующей массы, был подтвержден результатами прямого опробования пород на алмазоносность. В тоже время на другой трубке Архангельская того же месторождения однородность по рудной минерализации прослежена до глубины 1000 м. По всей вертикали трубки выявлен Ti-содержащий хромит с тонкой каймой ульвошпинели, и алмазоносность диатремы также практически не меняется по вертикали.

Нами также выявлено, что закономерная смена в трубках типов кимберлитовых пород, относящихся к различным фазам внедрения, коррелирует с составом рудных минералов (шпинелидов и ильменита), их соотношением и алмазоносностью (Гаранин и др., 1986; 1987).

Из представленного материала обосновывается 5-е защищаемое положение:

Проведенная минералогическая паспортизация тел кимберлитов и родственных им пород Якутской и Архангельской алмазоносных провинций на основе типохимизма минералов-спутников алмаза является основой для решения многих генетических вопросов образования этих пород, совершенствования шлихо-минералогического метода поисков новых тел и оценки их алмазоносности и, в конечном итоге, способствует расширению минерально-сырьевой базы алмазодобывающей промышленности.