XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Кимберлиты – это сообщество paзнообразныx по облику ультраосновных, умереннощелочных и щелочных богатых летучими соединениями пород с ярко выраженной такситовой текстурой, заполняющих трубки взрыва и реже встречающихся в виде даек и жил. Кимберлиты являются гибридными породами, состав которых не отражает состава родоначальной магмы, поэтому использовать традиционную для магматических пород классификацию проблематично.

По содержанию главных индикаторных минералов (пиропа, пикроильменита и хромшпинелида) как алмазоносные, так и неалмазоносные высокоспутниковые кимберлиты делятся на две группы: а) с высоким содержанием пикроильменита и пиропа, низким – хромшпинелида; б) с низким содержанием пикроильменита и повышенным пиропа и хромшпинелида.

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 1- Минералы-спутники пиропы

Рисунок 2- Минералы-спутники хромшпинелиды

Рисунок 3- Минералы-спутники хромдиопсиды

Кимберлиты типа II представлены в основном в трубках месторождения им. М.В. Ломоносова и других трубках Золотицкого 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.

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 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

Месторождение им. В. Гриба является сложным по морфологии и истории образования. Кимберлитовая трубка сформирована в 2 этапа и представлена, соответственно, двумя фациями пород, жерловой и кратерной. Жерловая фация сложена двумя основными магматическими разновидностями пород: ксенотуфобрекчией, порфировым кимберлитом. Они имеют различную степень алмазоносности, которая обусловлена, главным образом, различным содержанием в них ксеногенного материала вмещающих пород и содержанием глубинного мантийного материала. Кратерная фация сложена осадочными породами, алмазоносность которых напрямую связана с содержанием туфового материала.

Рисунок 4- План и разрез кимберлитовой трубки им. В.Гриба

Средний химический состав кимберлитов (По О.А. Богатикову, 1987): SiO₂ 39,8 %, TiO₂ 1,46%, Al₂O₃ 5,7%, Fe₂O₃ 6,0%, FeO 5,1%, MnO 0,1%, MgO 25,8%, CaO 14,6%, Na₂O 0,21%, K₂O 0,82%, P₂O₅ 0,45%.

Содержание породообразующих оксидов в породах ААП для трубки им. Ломоносова SiO₂ 44,99 %, TiO₂ 0,55%, Al₂O₃ 3,32%, Fe₂O₃ 4,90%, FeO 1,82%, MgO 28,18%, CaO 3,46%, Na₂O 0,93%, K₂O 0,42%.

Содержание породообразующих оксидов в породах ААП для трубки им. В.Гриба SiO₂ 42,51 %, TiO₂ 0,89%, Al₂O₃ 2,12%, Fe₂O₃ 1,02%, FeO 3,10%, MgO 32,00%, CaO 2,02%, Na₂O 0,34%, K₂O 0,37%.

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.

Под микроскопом кимберлиты обнаруживают отчетливую порфировую, часто брекчиевидную структуру (структура магматической породы, характеризующаяся наличием в породе угловатых обломков и цементирующей массы, отличающейся от обломков или минеральной составляющей).  Порфировые вкрапленники сложены угловатыми зернами оливина, флогопита, хромшпинелида, реже пиропа, клинопироксена, ортопироксена, ильменита, циркона и алмаза. Количество оливина обычно составляет 30–60%. В брекчированных разностях наряду с минералами встречаются обломки пород, например, эклогитов - это достаточно редких пород, сложенных главным образом двумя минералами - гранатом и клинопироксеном. Для эклогитов установлены особые условия формирования - большие глубины, что приводит к отличным от других пород химическому и минеральному составам граната и пироксена. 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.

2.3 Глубинные минералы в кимберлитовых трубках месторождения им. М.В. Ломоносова

К минералам-спутникам алмаза, которые широко используются при поисках кимберлитовых тел и оценке их алмазоносности, относятся высокобарические минералы: магнезиальный гранат (пироп), магнезиальный ильменит (пикроильменит), хромшпинелид (магнезиохромит), клинопироксен (хромдиопсид) и оливин (форстерит).

Особенностью кимберлитов в трубках месторождения им. М.В. Ломоносова является преобладание хромшпинелидов, низкая концентрация минералов-спутников алмаза, как граната и хромдиопсида, полное отсутствие пикроильменита.

Хромшпинелиды с общей формулой (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)₂O₄ характеризуются доминированием хрома в структуре. Все относящиеся сюда минеральные виды в
природе встречаются в одинаковых условиях и по внешним признакам
настолько похожи друг на друга, что практически без химического анализа
невозможно отличить разные по составу виды. По составу различают следующие главные минеральные виды: собственно хромит FeCr₂O₄ (в земной коре очень редок), магнохромит MgCr₂O₄, разновидностями которых являются, соответственно, алюмохромит Fe(Cr,Al)₂O₄ и хромпикотит (Mg,Fe)(Cr,Аl)₂О₄. Химический состав. Содержание Cr₂О₃ в наиболее часто встречающихся хромшпинелидах колеблется в весьма широких пределах от 18
до 62%, FeO 0-18%, MgO 6-16%, Al₂O₃ 0-33%, Fe₂O₃ 2-30%. Кроме того, в виде изоморфных примесей иногда присутствуют: TiO₂ до 2 %, V₂O₃ до 0,2 %, MnO до 1 %, ZnO до нескольких единиц, NiO до десятых долей, CoO до сотых долей процента. Сингония кубическая. Облик кристаллов. Встречаются в виде октаэдрических мелких кристаллов. Обычно же наблюдаются в округленных или не совсем правильной формы зернах и в сплошных зернистых агрегатах. Цвет хромшпинелидов черный. В тонких шлифах полупрозрачны или просвечивают густо-красным или коричнево-красным цветом. Лишь богатые FeO и Fe₂O₃ разности совершенно непрозрачны. Черта бурая, часто бледная, серо-коричневая, иногда с оливковым оттенком. Блеск полуметаллический до алмазного. Твердость 6-7,5. Спайность отсутствует. Хромшпинелиды, содержащие FeO и Fe₂O₃, обнаруживают слабые магнитные свойства. Разности, богатые этими компонентами и бедные Cr₂О₃, сильно магнитны.

Хромдиопсид Ca(Mg,Cr)Si₂O₆ – редкая разновидность диопсида, относится к моноклинным пироксенам. Химический состав: CaO – 25,9%, MgO – 18,5%, SiO₂ – 55,6%. У хромдиопсидов содержание Cr₂O₃ варьирует от 1,0 до 2,6 мас. %. Хромдиопсиды из флогопит-гранатовых перидотитов характеризуются более высоким содержанием FeO (1,6-3,0 мас.%) и TiO₂ (0,05-0,40 мас.%) в сравнении с хромдиопсидами из гранатовых перидотитов (FeO = 1,4-1,7 мас. %, TiO₂ = 0,03-0,20 мас.%). Сингония моноклинная. Твердость 5,5-6. Хрупкий.

Гранаты в кимберлитах представлены пиропами – ортосиликатами альмандинового ряда темного-красного, фиолетового цвета Mg₃Al₂[SiO₄]₃. Хромсодержащие гранаты обычно окрашены в ярко-зеленый цвет. Химический состав пиропа (в вес.%): MgO 29,8%, Al₂O₃ 25,4%, SiO₂ 44,8%. Из примесей в незначительных количествах иногда присутствуют К₂О, Na₂O, a также Р₂О₅, V₂O₅, ZrO₂, BeO и др. В кимберлитах алмазоносных трубок в пиропах обнаружено существенно более высокое содержание хрома и низкое – кальция. Сингония кубическая. Блеск жирный, стеклянный. Твердость 7-7,5. Гранаты являются индикаторами физико-химических условий их образования, вариации их состава имеют одно из первоочередных значений при установлении их принадлежности к определенному кимберлитовому парагенезису.

Оливин (Fe,Mg)₂[SiO₄] – железо-магнезиальный силикат, принадлежащий к изоморфному ряду форстерит Mg₂[SiO₄] – фаялит Fe₂[SiO₄]. Теоретический состав форстерита MgO 57,1 %, SiO₂ 42,9 %. Примеси: NiO 0,1–0,3%, СоО до 0,01%, часто присутствует марганец. Часть железа устанавливается в окисной форме (в частично серпентинизированных оливинах). Сигнония ромбическая. Хорошо образованные кристаллы редки, обычно встречается в виде зернистых агрегатов. Цвет различный в зависимости от химического состава: от светлого желтоватого до оливково-зеленого и почти черного (железистые разности). Черта белая, блеск стеклянный. Твердость 6,5-7. Спайность средняя. В зоне выветривания неустойчив и замещается вторичным минералом серпентином.

Бесцветные разновидности алмаза С состоят из чистого углерода, достаточно распространены примеси азота и реже бора, приводящие к появлению желтого и розового оттенков соответственно. Густоокрашенные же и непрозрачные разновидности в несгораемом остатке, достигающем иногда нескольких процентов, обнаруживают SiO₂, MgO, CaO, FeO, Fe₂O₃, Al₂O₃, TiO₂ и др. Сингония кубическая. Облик кристаллов октаэдрический. Цвет. Бесцветный водяно-прозрачный или окрашенный в голубой, синий, желтый, розовый, бурый и черный цвета. Блеск сильный алмазный. Твердость 10. Абсолютная твердость в 1000 раз превышает твердость кварца и в 150 раз - корунда. Хрупок. 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.

ГЛАВА 3. Вопросы генезиса кимберлитов

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. Ни одна предложенная к настоящему времени модель не объясняет адекватно все особенности их строения. 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.

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. 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). 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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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.

Кимберлиты гипабиссальная брекчиевидная или туфообразная порода ультраосновного состава умеренно-щелочного ряда из семейства кимберлитов, сложенная вкрапленниками и обломками серпентинизированного оливина, иногда флогопита в основной массе серпентин-карбонатного состава с флогопитом и апатитом; характерно также присутствие клинопироксена, пиропа, монтичеллита, хромита, ильменита, перовскита, рутила; обычно содержит много обломков вмещающих пород, а также нодули пород высокого давления (фрагменты мантии);

О актуальности.

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. 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, поскольку поиски и разведка новых алмазоносных кимберлитовых тел в этом регионе имеют свою специфику. Последняя обусловлена 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. 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.

Результаты изучения геологического строения кимберлитовых пород, вещественного состава и условий формирования кимберлитовых тел представляют базу научно-обоснованных прогнозных оценок алмазоносности территории ААП, методов поисков и эффективной методики разведки новых месторождений алмазов, а также позволяют рассматривать некоторые нетрадиционные подходы к промышленной отработке месторождения, расположенного в сложной горно-геологической и геоэкологической обстановке.

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

11 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://bigenc.ru/geology/text/5182802 (дата обращения 26.04.2018)

12 Зинченко В.Н. Месторождения алмазов из кимберлитов Северо- Востока Анголы. Автореферат. Санкт- Петербург. 2015

Код для цитирования: Скопировать