Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская (месторождение алмазов им. М.В. Ломоносова)

Первое защищаемое положение.

Уточнена геолого-литологическая модель алмазоносной трубки Архангельская. С использованием специально разработанного комплекса экспресс-методов диагностики и изучения вторичной минерализации в составе трубки установлены и разграничены зоны вторичной минерализации, которые четко согласуются со слагающими ее текстурно-структурными разновидностями пород: вулканогенно-осадочными породами кратера (туфопесчаники, туфы и туффиты) и магматогенными породами жерла (автолитовые брекчии). Установлено наличие зоны развития кварца в интервале 144-151 м, на границе между породами кратерной и жерловой фаций диатремы. По сравнению с составом пород кратера в жерловой части резко падает количество песчаного материала. Количество минералов группы серпентина (хризотил, лизардит) в трубке до глубины 450 м (предполагаемая глубина карьера) незначительно (в среднем 5-10 %, до 20 % в отдельных зонах) и связано только с породами жерловой фации, а содержание минералов группы смектитов в этом интервале глубин составляет 80-95 %.

Алмазоносная трубка Архангельская располагается на южном фланге месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, которое является одним из крупнейших в мире коренных месторождений и объединяет в своем составе шесть кимберлитовых трубок - типичных воронок взрыва с четко выраженным раструбом в верхней части, характеризующихся сложным внутренним строением, обусловленным многофазностью их формирования. Кратерные части сохранились у трубок Пионерская, им. Карпинского-1 и Архангельская, где выполнены толщей продуктивных осадочно-туфогенных пород средней суммарной мощностью от 72,7 м (трубка Карпинского-1) до 131,1 м (трубка Архангельская). Жерловые части трубок выполнены двумя разновидностями кимберлитов: автолитовыми брекчиями и туфо-, ксенотуфобрекчиями, которые слагают самостоятельные рудные столбы. Кимберлитовые породы месторождения характеризуются низким и средним уровнем алмазоносности, в целом изменяющимся в сторону увеличения в ряду: туфогенно-осадочные породы (0,13-0,15 кар/т) - ксенотуфобрекчии, туфобрекчии (0,03-0,30 кар/т) - туфы, туффиты (0,40-0,77 кар/т) - автолитовые брекчии (0,30-2,08 кар/т).

Кимберлиты месторождения различаются между собой, прежде всего, по содержанию магматогенной и ксеногенной составляющих. Содержание лито-, кристаллокластов и связующей массы в кимберлитах изменяется в весьма широких пределах. Общие черты петрографического и минерального состава кимберлитовых пород указывают на генетическое родство кимберлитовых трубок, что позволяет рассматривать алмазоносные породы месторождения как единый технологический тип. Вмещающими кимберлиты являются слаболитифицированные песчано-глинистые породы вендского комплекса, суммарной мощностью 900 м, а перекрыты они рыхлыми образованиями среднекарбонового и неоген-четвертичного возраста мощностью от 28 до 54,5 м (Вержак и др., 1987).

Характерной особенностью кимберлитов месторождения является низкий выход тяжелой фракции (от 0,75 до 5,38 кг/т), увеличивающийся в ряду: автолитовая брекчия - туфо-, ксенотуфобрекчия - туфы и туффиты. Минеральный состав легкой фракции, слагающей, по сути, основную массу кимберлитовых пород, характеризуется повышенным выходом вторичных силикатов (сапонита, серпентина, талька, сепиолита и других), развивающихся по первичным минералам кимберлитов, а также слагающих основную массу кимберлитовых брекчий тонкодисперсных минералов. Во всех разновидностях пород, за исключением автолитовых брекчий, в большом количестве присутствует ксеногенный кварц. Содержание минералов-спутников алмаза определяется в 0,02-0,14 кг/т, представлены они мелкими зернами хромшпинелидов, хромдиопсида, пиропа, оливина и других, при явном преобладании первых (Вержак и др., 1987).

Для того чтобы извлечь из кимберлитов содержащиеся в них алмазы, с учетом применения основанной на гравитационных принципах технологии обогащения, из тонны исходной руды, например, пород кратерной части трубки получают так называемый концентрат весом максимум 50 кг. Этот концентрат консолидирует в своем составе тяжелую фракцию - фрагменты породы плотностью более 2,5-3,0 г/см³, включая алмаз. Остальные же более чем 950 кг от исходной пробы объемом 1 тонна, представляют собой <пустую породу> - отвальные продукты обогащения (хвосты), направляемые в обводненном состоянии, в виде пульпы, в хвостохранилище. Очевидно, что подавляющая масса поступающих в хвостохранилища хвостов представлена глинистыми минералами, прежде всего сапонитом.

Вместе с тем, состав минералов легкой фракции, включая глинистые минералы, и особенности их распространения в объеме кимберлитового тела специально не изучались. Попытка восполнить этот пробел сделана в данной работе на примере изучения кимберлитов трубки Архангельская, где в настоящее время ведется добыча алмазов.

Трубка Архангельская относится к слабо эродированным крупным рудным залежам. Тело трубки прорывает толщи докембрийских пород и сверху перекрыто отложениями среднекаменноугольного и неоген-четвертичного возраста, суммарной средней мощностью 28,4 м, имеет в плане грушевидную форму, обусловленную осложнением ее правильного овального облика дайкообразным выступом на юго-западном фланге. Размеры трубки по длинной и короткой осям: 550 x 490 м. Общее простирание кимберлитового тела северо-восточное 25^o. Площадь около 15 га (Медведев и др., 1991).

Отличительной особенностью структуры кратерной части трубки является её трехчленное строение. Сверху вниз выделяются вулканогенно-осадочная пачка, состоящая из песчаников, туфогенная пачка и ещё одна вулканогенно-осадочная пачка, состоящая также преимущественно из песчаников, залегающих на автолитовых брекчиях жерла.

Для изучения особенностей проявления процессов вторичной минерализации и характера распределения минерального состава в породах трубки Архангельская по разрезу и по латерали, нами произведен отбор образцов из керна разведочных скважин [6]. Схема расположения скважин с отражением мест отбора образцов показана на рисунке 1, исходной основой которого служит объемная геологическая модель изучаемой трубки.

В результате проведенных аналитических исследований установлено, что как по данным рентгенофазового анализа, так и по ИК-спектроскопии, в разрезе скважин выделяется 4 близких по минеральному составу толщи, состоящих преимущественно из вторичных минералов, что наглядно проиллюстрировано на примере скважины ARK-01L (табл. 1).

Толща 1 выделяется в нижней части изучаемого разреза (глубина более 170 м). В минеральном составе пород существенно преобладают смектиты, представленные двумя фазами. В воздушно-сухом состоянии одна из них (I) имеет межплоскостное расстояние d₀₀₁ = 14,5 , вторая (II) d₀₀₁ = 13,2 . В большей части образцов доминирует первая фаза. Смектиты принадлежат к триоктаэдрической серии, о чем свидетельствует величина d₀₆₀=1,53 . Высокое содержание магния в кимберлите позволяет заключить, что смектиты представлены именно сапонитами. На всем протяжении толщи из слоистых силикатов установлен серпентиновый минерал, вероятно лизардит (пластинчатая разновидность), его содержание не превышает 10-15 % минерального состава пробы. Вверх по разрезу содержание серпентина довольно быстро падает. Помимо смектитов и серпентина в небольших количествах присутствуют кальцит, кварц, иллит и др.

Толщу 2 можно обозначить интервалом глубин от 125 до 170 м, в котором минеральный состав породы значительно меняется. В образцах резко доминирует кварц, присутствует диоктаэдрическая слюда политипа 2M1 (мусковитового типа), гематит, в незначительных количествах калиевый полевой шпат (кпш), хлорит, следы смектита.

Толща 3 наблюдается выше по разрезу, до глубины около 60 м. Здесь вновь появляется триоктаэдрический смектит (фаза с d₀₀₁=15,3 ) в сопровождении кварца, доломита, в небольших количествах отмечается иллит, кальцит, кпш, гематит.

Толща 4 приурочена к верхней части разреза, где доминирует кварц, присутствуют иллит, 15,3 -смектит, доломит, кпш, следы гематита.

Резюмируя вышеприведенное, акцентируем внимание на следующем:

- содержание минералов в образцах, полученное путем ИК-спектроскопического анализа, подтверждается исследованиями рентгенофазового анализа, что говорит о наибольшей эффективности комплексного использования этих методов;

- по всему изученному разрезу трубки Архангельская развит смектит, идентифицированный как сапонит, учитывая магнезиальный характер кимберлита;

- серпентин, являющийся характеристическим минералом кимберлитов и, как правило, доминирующий в кимберлитовом матриксе, в кратерной фации отсутствует и в незначительном количестве отмечается в жерловой фации, где его содержание постепенно увеличивается, начиная с глубины 260 м;

- в кратерной части трубки Архангельская происходит резкое разубоживание кимберлитов ксеногенным материалом вмещающих пород. Резкая смена минерального состава пород (преобладание кварца) происходит на интервале 144-151 м; именно здесь проходит граница между жерловой и кратерной частями кимберлитового тела.

Всё это позволяет первое защищаемое положение считать обоснованным.