XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Основными источниками природных алмазов (84,5 % от мировых запасов) служат кимберлитовые трубки. В настоящее время в мире насчитывается около 3 тыс. месторождений алмазов, из которых разрабатывается около 50. Выявленные ресурсы их составляют более 5 млрд. карат, в том числе около 1 млрд. карат – разведанные запасы, которые находятся на территории Намибии (20 %), Анголы (16,0 %), Канады (14,0 %), Ботсваны (12,0 %), Австралии (10,0 %), России (8,0 %), Конго (6,0%) и ЮАР (4,0 %). Проблема стабилизации мирового комплекса решается за счёт открытия и введения в эксплуатацию новых месторождений алмазов в перспективных регионах СЗ России, Австралийской, Северо-Канадской и Ангола-Конголезской алмазоносных провинций. Эти факторы обуславливают активизацию поисков коренных месторождений алмазов и требуют совершенствования методов геологоразведки и оценки их ресурсов.

До сегодняшнего дня остаётся не решённым ряд проблем выделения алмаза из кимберлитов теоретического характера, разработка которых имеет важное прикладное значение для поиска коренных его месторождений и оценки их промышленного потенциала: механизм формирования богатых алмазами «рудных столбов» в кимберлитовых месторождениях; тектонические закономерности локализации алмазоносных кимберлитовых полей и трубок; факторы кимберлитового рудогенеза и механизм концентрации алмазов в кимберлитовых месторождениях. При этом же, сейчас применяются современные методы поиска алмазных месторождений-базы данных, включающих химический анализ пород и их условия залегания, магнитная аэрокосмическая съемка.

Чтобы понять, почему именно кимберлиты имеют большое практическое и научное значение, нужно подробнее рассмотреть особенности строения кимберлитовых тел и закономерности их размещения на земном шаре. В настоящее время кимберлиты найдены на всех континентах.

Кимберлиты – особый тип магматических горных пород. Впервые они привлекли внимание ученых в 1887 году, когда геолог К. Льюис, приехавший на недавно открытые алмазоносные прииски Южной Африки, назвал так породы, содержащие алмазы и выполняющие округлую депрессию, имеющую форму воронки. Последующие исследования показали, что эти породы интересны не только из-за промышленной ценности. Оказалось, что корни кимберлитовых тел уходят далеко в глубь Земли и благодаря особому геологическому положению кимберлиты выносят на поверхность обломки глубинных пород, слагающих земные недра, недоступные для прямых наблюдений.

Следует отметить, что, несмотря на все достижения научно-технического прогресса в XX веке, человек так и не смог создать приборы, позволяющие заглянуть в глубь нашей планеты. О том, чем сложена Земля на больших глубинах, мы можем судить только по косвенным геофизическим данным, так как даже самые глубокие шахты не опускаются ниже первых километров, а самая глубокая Кольская сверхглубокая скважина достигла отметки 12 262 м.

Кимберлитовые трубки всех провинций мира характеризуются большим разнообразием по размерам, морфологии, глубине заложения очагов, внутреннему строению, особенностям заполняющих пород, содержанию и составу глубинных (первичных) минералов, а также основной массы кимберлитов, степени и характеру переработки последних постмагматическими растворами и в гипергенных условиях, содержанию, морфологии и физическим свойствам алмазов, и другим признакам. Кимберлитовые тела на территории Зимнего берега были открыты случайно.

Архангельский алмазоносный район расположен в России, в Архангельской области, в 70–100 км к северо-востоку от города Архангельск. Входит в состав Восточно-Европейской алмазоносной провинции. Открыт в конце 1970-х – начале 1980-х гг. Основная алмазоносность связана с Зимнебережным кимберлитовым полем (Зимнебережным кимберлитовым районом). Выявлено два промышленных месторождения алмазов: имени М. В. Ломоносова (одно из 5 крупнейших месторождений России, открыто в 1979, включает 6 кимберлитовых трубок: «Архангельская», имени Ломоносова, «Пионерская», имени Карпинского-1, имени Карпинского-2, «Поморская») и имени В. Гриба (кимберлитовая трубка открыта в 1996) с суммарными запасами свыше 290 млн. карат (около 23% российских запасов алмазов, начало 2013). Это первые и пока единственные промышленные месторождения алмазов в Европе.

Зимнебережный район расположен на юго-восточном побережье Белого моря между Двинской и Мезенской губами и входит в состав площади Юго-Восточного Беломорья. Территория представляет собой плоскую равнину, расчлененную долинами многочисленных рек и впадинами озер. Преобладающие форма рельефа – ледниковые водноледниковые. Зимнебережный район пока единственный в Архангельской кимберлитовой провинции, где установлено промышленное месторождение алмазов. В настоящее время Зимнебережный район интересен как территория, на которой возможно изучать особенности размещения и проявления кимберлитового магматизма. Кимберлитовые поля Зимнего берега находятся на пассивной континентальной окраине Русской плиты в зоне Рифейского рифтогенеза, сформировавшего Кольско-Двинскую палеорифтовую систему. Кольско-Двинская система палеорифтов располагается между Кольской частью Балтийского щита и г. Котлас. Возраст трубок взрыва датируется поздним девоном – ранним карбоном.

На территории Зимнебережного района выявлено более 50 трубок взрыва ультраосновных щелочных пород, включая алмазоносные кимберлиты.

Развитие кимберлитового и родственного ему магматизма в районе связано с фазой раннегерцинской активизации Восточно-Европейской платформы (поздний девон – средний карбон). Вмещающие породы трубок – терригенные образования рифея, венда, перекрывающие – терригенные и карбонатные породы среднего и верхнего карбона и четвертичные отложения общей мощностью 20–50 м. Во многих трубках сохранились остатки кратеров, заполненные туфогенными и осадочными породами.

Жерла трубок сложены ксенотуфобрекчиями и автолитовыми брекчиями. Алмазоносность  кимберлитов Архангельского района в среднем около 0,5–0,7 кар/т, в некоторых трубках (имени Карпинского-1, имени В. Гриба) около 1,2 кар/т при высокой вероятности нахождения крупных камней. Среднее содержание алмазов в кратерных породах – 0,3 кар/т, в туфогенных жерловых – до 0,9 кар/т, максимально алмазоносны (1,36 кар/т) автолитовые брекчии. Доля ювелирных камней достигает 45%.

Среди крупных алмазов преобладают кривогранные и округлые кристаллы ромбододекаэдрической формы, встречаются также тетрагексаэдры и кубы; среди мелких кристаллов – плоскогранные октаэдры. По морфологии кристаллы трубок Архангельского алмазоносного района близки к кристаллам из россыпей Анабарского и Оленёкского районов Якутии.

Компания «Севералмаз» разрабатывает трубки «Архангельская» (с 2005 открытым способом; объём добычи в 2014 составил 1,373 млн. карат) и имени Карпинского-1 (с 2009 велись вскрышные работы, добыча алмазов началась в 2014; объём добычи в 2014 – 266 тыс. карат). С 2005 действует Ломоносовский горно-обогатительный комбинат с проектной мощностью 4 млн. т руды в год. Компания планирует освоение остальных трубок месторождения имени М. В. Ломоносова.

Промышленное освоение месторождения имени В. Гриба проводит компания «Архангельскгеолдобыча» (в структуре «Нефтяной компании “ЛУКОЙЛ”»): в 2014 началась открытая разработка алмазов, введён в эксплуатацию горно-обогатительный комбинат имени В. Гриба с проектной мощностью 4,5 млн. т руды в год.

Рисунок 1.1 – Схема расположения полей кимберлитов и родственных пород Юго-Восточного Беломорья

Большинство проявлений кимберлитового магматизма приурочено к выступам фундамента. Простирание всех структур и общее погружение поверхности фундамента с северо-запада на юго-восток, находится в соответствии с общим планом Балтийского щита. Глубина до поверхности фундамента на выступах (горстах, поднятиях) в пределах структур щита 0,5-1,2 км, в прогибах (грабенах) до 3 км, в Мезенской синеклизе соответственно 2,5-3 км и до 5 км. На отдельных выступах скважинами вскрыты породы нижнего архея: биотитовые, биотит-плагиоклазовые, биотит-роговообманковые гнейсы, амфиболиты, гранат-содержащие гранито-гнейсы, в Керецком грабене и во впадинах Товского и Ручьевского выступов вскрыты породы верхнего рифея: красноцветные и сероцветные толщи переслаивания аргиллитов, алевролитов и песчаников с прослоями мергелей.

Кимберлиты Зимнего Берега группируются в 5 полей: Золотицкое, Верхотинское, Кепинское, Мельское, Полтозерское. Характерной особенностью данной провинции является сочетание на небольшой площади проявлений собственно кимберлитовых тел с базанитоидами и щелочными базальтами.

В Архангельской алмазоносной провинции (ААП) выделяются два основных типа кимберлитов, различающиеся по особенностям минералов тяжелой фракции, связующей массы кимберлитов и ксенолитов глубинных пород, а также по морфологии и содержанию алмазов. Для кимберлитов типа I, слагающих месторождение им. В. Гриба, а также распространенных в Кепинском поле, характерно присутствие ильменита, хромшпинелидов, перовскита и рутила в базисе пород.

Концентрация минералов тяжелой фракции в них значительно выше, чем в кимберлитамх типа II. Среди минералов-спутников алмаза преобладают пикроильменит, пироп, хромдиопсид при меньшей доле хромшпинелидов. Широко распространены ксенолиты крупнозернистых перидотитов, отмечено большое количество эклогитовых и перидотитовых включений с порфиробластовой структурой. Кимберлиты типа II представлены в основном в трубках месторождения им. М.В. Ломоносова и других трубках Золотицкого поля, а также в слабо- и неалмазоносных трубках Шочинского и Ключевского кустов Кепинского поля. Особенности таких кимберлитов – преобладание в тяжелой фракции хромшпинелидов над другими оксидными фазами, а также очень низкая концентрация минералов тяжелой фракции кимберлитов, в том числе типичных минералов-спутников алмаза – граната и хромдиопсида, отсутствие пикроильменита, а также ксенолитов эклогитов и перидотитов с порфиробластовыми структурами. В связующей массе пород трубок Золотицкого поля преобладают хромшпинелиды, пикроильменит и ильменит отсутствуют. Сходные различия в минеральном составе прослеживаются и при сопоставлении убогоалмазоносных кимберлитов, например, трубок Ан- 734, Солоха (тип I) и Шоча (тип II) Кепинского поля.

Всего в Зимнебережской площади выявлено 44 тела кимберлитов и пикритовых порфиритов и 12 трубок щелочных базальтоидов.

В пространственном распределении вулканитов намечается зональность. С запада на восток увеличивается количество пикритовых порфиритов, мелилититов и щелочных базальтов. В этом же направлении в телах увеличивается количество пиропа и пикроильменита, но уменьшается хромистость соответствующих минералов. Наконец, промышленно алмазоносные кимберлиты приурочены исключительно к западной зоне.

Зимнебережный район характеризуется проявлениями щелочно-ультраосновного магматизма позднепалеозойского возраста.

Рисунок 1.2 – Геолого-структурная карта Зимнего Берега

В Архангельской алмазоносной провинции (ААП) выделяются два основных типа кимберлитов. Для кимберлитов типа I, слагающих месторождение им. В. Гриба, характерно присутствие ильменита, хромшпинелидов, перовскита и рутила в базисе пород. Концентрация минералов тяжелой фракции в них значительно выше, чем в кимберлитах типа II. Среди минералов-спутников алмаза преобладают пикроильменит, пироп, хромдиопсид при меньшей доле хромшпинелидов. Кимберлиты типа II представлены в основном в трубках месторождения им. М.В. Ломоносова. Особенности таких кимберлитов – преобладание в тяжелой фракции хромшпинелидов над другими оксидными фазами, а также очень низкая концентрация минералов тяжелой фракции кимберлитов, в том числе типичных минералов-спутников алмаза – граната и хромдиопсида, отсутствие пикроильменита.

Рисунок 2.1 – Минералы-спутники пиропы

Рисунок 2.2 – Минералы-спутники хромшпинелиды

Рисунок 2.3 – Минералы-спутники хромдиопсиды

Типичные текстурные типы пород трубки им. М. В. Ломоносова и трубки им. В. Гриба представлены массивными порфировыми макрокристаллическими кимберлитами (корневые части трубок), автолитовыми и литокристаллокластическими брекчиями (жерла трубок).

Таблица 2.1 – Содержание породообразующих оксидов в породах ААП, %

Объект					FeO	MgO	CaO
Трубка им. М.В. Ломоносова	48,93	0,67	4,08	4,69	1,83	24,00	3,90	1,79	0,69
Трубка им. В. Гриба	42,51	0,89	2,12	1,02	3,10	32,00	2,02	0,34	0,37

Рисунок 2.4 – Автолитовая кимберлитовая брекчия, трубка Архангельская скв 530

Рисунок 2.5 – Автолитовая кимберлитовая брекчия, трубка Карпинского 2 скв 34

Рисунок 2.6 – Автолитовая кимберлитовая брекчия, трубка им Ломоносова скв 475

Кратерная фация сложена осадочными породами, алмазоносность которых напрямую связана с содержанием туфового материала.

Рисунок 2.7 – Туффит, трубка Архангельская скв 541

Рисунок 2.8 – Туффит, трубка Карпинского-1 скв 240

Рисунок 2.9 – Туффит, трубка Пионерского скв 1438

Рисунок 2.10 – Кимберлит базальтоидный, трубка Гриба (глубина 196 м)

Рисунок 2.11 – Кимберлитовые ксенотуфобрекчии, трубка Поморская ск 289

Рисунок 2.12 – Кимберлит порфировидный, трубка Гриба глубина (451 м)

Промышленно-алмазоносные кимберлиты трубок месторождения им. М.В. Ломоносова по сравнению с кимберлитами трубки им. В. Гриба обладают пониженным содержанием MgO (до 28,18 мас.%), FeO (до 1,83 мас.%), повышенными содержаниями Al₂O₃ (от 2,66 до 4,61 мас.% для отдельных трубок), Fe₂O₃ (4,69-9,16 мас.%), FeO_sum и CaO, K₂O, Na₂O среди породообразующих оксидов. Породы трубки им. Ломоносова содержат наименьше количество TiO₂ (в среднем 0,55 мас.%). Трубки месторождения им. М.В. Ломоносова сходны между собой по петрохимическим характеристикам.

Неизмененные кимберлиты обычно имеют темную до черной окраску с хорошо выраженной порфировой структурой. На фоне скрытокристаллической основной массы черного цвета обычно отчетливо наблюдаются порфировые вкрапленники темно-зеленого оливина, флогопита, реже красно-бордового граната и черных зерен ильменита. Измененные разности кимберлитов обычно имеют зеленовато-серую и голубовато-серую окраску.

Количество оливина обычно составляет 30–60%. В брекчированных разностях наряду с минералами встречаются обломки пород. Кимберлиты очень часто интенсивно либо полностью серпентинизированы (замещение оливина серпентином по трещинам) и карбонатизированы.

Типичными текстурными типами пород месторождений М.В. Ломоносова и В. Гриба являются массивный порфировый макрокристаллический кимберлиты в корневых частях трубок и автолитовая брекчия для жерл трубок. Автолитовая брекичия - разновидность кимберлитовой брекчии, состоящей из обломков кимберлитов ранней генераций (автолитов), родственных включений и включений вмещающих пород, сцементированных кимберлитовым материалом или продуктами его изменения. Автолит - обломок магматической горной породы, являющийся более ранним продуктом затвердевания, включенный в более поздную магматическую породу, при общей для них исходной магме.

Отличительная особенность кристаллов алмаза Архангельской провинции – низкое содержание минеральных включений в них и отсутствие или ничтожно малое содержание среди диагностированных включений сульфидов, что обусловлено, по-видимому, более ранней ликвацией сульфидных расплавов и их обособлением до образования расплавов, приведших к формированию кимберлитов и родственных им пород.

Несмотря на громадный объем накопленного фактического материала, ясность в проблеме происхождения кимберлитов и алмазов до сих пор отсутствует. Это отражается в существовании целого ряда гипотез, различно и нередко альтернативно трактующих принципиальные аспекты процессов природного кимберлито- и алмазообразования. Не лучшим образом обстоит дело и с решением вопроса о механизме формирования самих трубок. Многочисленные противоречия между наблюдаемыми фактическими данными и теоретическими построениями позволяют усомниться в реальности образования алмазов в глубинах Земли и поискать другие источники вещества и РТ условий в пределах Солнечной системы.

Что касается камней земного происхождения, здесь теорий о том, откуда берутся алмазы, еще больше. Среди основных гипотез происхождения минерала в недрах Земли особо достоверными считаются следующие:

Магматическая.

Мантийная.

Флюидная.

Магматическая теория. Первые предположения генезиса алмазов на глубине с последующим захватом и транспортировкой к земной поверхности кимберлитовым расплавом появились после обнаружения и описания Т.Г. Боннеем ксенолита эклогита с видимыми кристаллами алмаза. Это составляло магматическую теорию.

Мантийная теория. Другим направлением развития моделей генезиса алмаза послужила гипотеза образования алмазов в кимберлитовой ультраосновной магме как на глубине, так и во время извержения к земной поверхности. Органогенное происхождение алмазов было предложено В. Г. Васильевым и его коллегами (1968).

Флюидальная. Согласно этой гипотезе, образование алмазов происходило за счет органических углеводородов, попадающих в магму из осадочных пород. Существует гипотеза образования алмазов и всех типов алмазоносных пород в рамках ударного процесса, одного из самых фундаментальных геологических процессов, протекающих в Солнечной системе. Гипотезу образования алмазов в древнее время на границе литосфера-астеносфера, где происходило газовыделение с образованием элементарного углерода, предложил С. Хаггерти (1986). В настоящее время данная точка зрения является одной из наиболее устоявшихся, она предполагает образование алмаза в результате реакций метасоматоза.

Многообразие различных гипотез генезиса алмаза, подчас достаточно противоречивых, свидетельствует о сложной и неоднозначной задаче создания корректной теории, объясняющей все известные данные о кимберлитах и алмазах.

Кимберлиты (магматические горные породы кимберлитовой серии) — серия магматических ультраосновных горных пород экструзивной фации, образующая трубки взрыва, а также дайки и силлы. Характерной особенностью кимберлитов является то, что они часто содержат ксенолиты мантийных пород и иногда содержат алмазы промышленных концентраций. Порода названа по городу Кимберли в ЮАР, где в 1871 году был найден алмаз весом 85 карат (16,7 г), что вызвало Алмазную лихорадку.

Актуальность исследований заключается в том, что открытие Архангельской алмазоносной провинции (ААП) в начале 80-х годов, успешные поисковые работы и ускоренная разведка на ее территории позволили по-новому подойти к оценке потенциала не только этого региона, но и алмазоносности территории Европейской части России в целом.

Большая часть алмазов Зимнего берега поставляется для ювелирного производства, вследствие этого объемы добычи намного превышают объемы продаваемых минералов. Особую ценность представляют образцы от 0,2-0,5 карат, с 57-огранкой.

Территория ААП, несмотря на небольшую площадь (около 20000 км), по сравнению с масштабами достаточно хорошо изученных Якутской и Южно-Африканской провинций, представляет вполне определенный интерес не только с генетических позиций, но и в прикладном аспекте. Кимберлиты Зимнего берега сильно отличаются от россыпей алмазов в ЮАР. Это обусловлено особенностями минерального и петрографического состава кимберлитовых пород, образованных при термодинамических и физико-химических условиях, отличающихся от тех, в которых происходило формирование кимберлитовых тел в других провинциях Мира, например, Канаде, Африке. Следовательно, эффективность поисков новых месторождений алмазов все больше и больше находится в зависимости от умения грамотно и оперативно использовать аналитические результаты исследований кимберлитов и сопутствующих им минералов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования. Издание второе, переработанное и дополненное. Утвержден МПК 10 января 2008 г. – Санкт-Петербург, Издательство ВСЕГЕИ, 2008. – 203 с.

2 Бетехин А.Г. Курс минералогии: учебное пособие. – М.: КДУ, 2007. ил., табл.

3 Гаранин К.В., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. Петрохимия и минералогия щелочно-ультраосновных магматитов на территории Архангельской алмазоносной провинции и модели их формирования. – Вестник пермского университета. Геология – 2008.

4 Гусева А.С. Особенности морфологии и химического состава минералов-спутников алмаза трубки 478 Архангельской кимберлитовой провинции. - Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2009, вып. 4.

5 Зинчук Н.Н. Особенности использования типовых моделей кимберлитовых трубок при поисках алмазов. – Вестник ВГУ, серия: геология, 2011, №1, январь-июнь.

6 Смолькин В.Ф. Петрография магматических и метаморфических пород: Учебное пособие. – Мурманск: Издательство МГТУ, 2003. – 281 с.

7 Соболев В. С. Условия образования месторождения алмазов // Геология и геофизика. – 1960. – №1. – С. 7-22.

8 Чернышов А.И. Магматические горные породы: учебное пособие. – Томск: Издательский Дом ТГУ, 2015. – 184 с.

9 Шкодзинский В.С., Зайцев А.И. Генезис алмаза в кимберлитах и лампроитах. – Литосфера, 2006, № 1, с.102-112.

10 Щукина Е.В., Агашев А.М., Костровицкий С.И., Похиленко Н.П. Метасоматические изменения литосферной мантии в районе кимберлитовой трубки им. В. Гриба, Архангельская алмазоносная провинции. – Сибирское отделение Российской академии наук. Научный журнал. Геология и геофизика, 2015, т. 56, № 12, с. 2153—2172.

Код для цитирования: Скопировать