Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Минералогия алмазоносных лампроитов диатремы в Костомукшском районе (Карелия, Россия)

Рудашевский В.Н. *, Горьковец В.Я. **, Рудашевский Н.С *, Попов М.Г. **, Антонов А.В.***

*ООО РС+, Санкт-Петербург, Россия nrudash@list.ru, **Геологический ин-т Карельского НЦ РАН, Петрозаводск, Россия, ***ФГУП ВСЕГЕИ им. А.П. Карпинского, Санкт-Петербург

В Костомукшском рудном районе (Западная Карелия, Россия) на основании петрографических и петрохимических данных определены лампроиты (Раевская, Горьковец, 1978; Проскуряков и др. 1989 и др.) и кимберлиты (Горьковец и др., 2009 и др.). Установлены уже более 120 дайковых тел лампроитов (мощностью 0.5-4 м), наибольшее их количество в пределах Костомукшского железорудного месторождения. Возраст лампроитов (Rb-Sr метод – Беляцкий и др., 1997) 1230 млн лет. Минералогия двух дайковых тел лампроитов детально изучена нами ранее (Рудашевский и др., 2012).

В пределах Костомукшского железорудного месторождения в 2005 г. обнаружена диатрема лампроитов диаметром 200-250 м, площадь ее сечения 3 га. Трубка прорывает породы архейских метаморфизованных толщ гимольской серии (возраст 2.8 млрд. лет – Щербак и др., 1986). Диатрема локализована в кварц-полевошпат-биотитовых сланцах, ассоциирующих с магнетитовыми кварцитами. В докладе приведены результаты 3D-минералогического исследования лампроитов этой диатремы.

Изучен штуф породы (вес >3 кг). Приготовлены ее прозрачно-полированые шлифы. Далее выполнена пробоподготовка для 3D-минералогического исследования (Rudashevsky e.a., 2002): стадиальное дробление (экспозиция 10 с., отсев на сите 0.5 мм), мокрое ситование в интервале от 500–100 мкм, гидросепарация (на установке HS-11 - Рудашевский, Рудашевский, 2007) и приготовление однослойных полированых шлифов из тяжелых концентратов продукта дробления. Из тяжелых концентратов под бинокуляром отобраны – по цвету, блеску, форме зерен и кристаллов - представительные выборки индикаторных минералов. Шлифы породы, тяжелых концентратов, а также отобранные зерна и кристаллы исследовались на микрозонде Camscan-4DV, Link AN-10000 (Великобритания).

Химический состав породы из диатремы (среднее для 4-х образцов) следующий (мас. %): SiO₂ 42.2 (40-51)[1], TiO₂ 2.55 (1-5), Al₂O₃ 4.75 (3-9), FeO_общ. 8.17 (5-9), MnO 0.12, MgO 23.34 (12-28), CaO 5.67 (4-13), Na₂O 0.11 (<2), K₂O 2.34 (3-9), H₂O+п.п.п. 10.12 (2-8, без СО₂), P₂O₅ 1.16 (1-3); значения геохимических критериев этой породы в целом характерны для оливиновых лампроитов (Mitchell, 1995)[2]: K₂O/Na₂O 21.3 (>3), K₂O/Al₂O₃ 0.5 (>0.8), Mg# = MgO/(MgO+FeO_общ) = 0.74 (0.45-0.85), k = K₂O/(K₂O+Na₂O) = 0.96 (>0.7), FeO_общ. 8.17 мас. % (<10 мас. %), CaO 5.67 мас. % (<10 мас. %).

Порода диатремы имеет брекчиевидную текстуру (обломки-ксенолиты от десятых долей миллиметра до 1 см). Ксенолиты округлые или неправильной формы. Они сложены тонкозернистыми агрегатами-срастаниями талька и серпентина. Края ксенолитов в контакте с вмещающей их породой обогащены серпентином. Цементирующая ксенолиты порода сложена средне-крупнозернистыми агрегатами слюды красно-коричневого цвета размерами 10-1000 мкм (флогопит и тетроферрифлогопит) и мелкозернистыми скоплениями вторичных минералов (серпентин, тальк, кальцит, доломит и кварц). Встречены также редкие реликты калиевого полевого шпата и (Ti-K)-рихтерита. Ксенолиты и цементирующая их порода пересекаются серпентиновыми прожилками.

В тяжелых концентратах накапливаются, в первую очередь, сульфиды (пирротин, пирит, пентландит, халькопирит, галенит, сфалерит) и хромшпинелиды (шпинель и хромит), а также другие акцессории – апатит (в том числе Sr-апатит), барит и более редкие гранаты (пироп и альмандин), хромдиопсид, ильменит, монацит-(Ce), рутил, циркон, Zr-прайдерит и некоторые другие.

Химические составы изученных слюд (56 микрозондовых анализов различных фенокристов, мас. %) - TiO₂ 1.5-10.4, среднее 4.7; Al₂O₃ 1.5-10.4, среднее 6.3; MgO 19.9-26.3, среднее 23.0 - демонстрируют тренды вариации, характерные именно для слюд лампроитов (Mitchell, 1995).

Сульфиды здесь представлены двумя генерациями: 1) ранняя высокотемпературная – расслоенные силикатно-сульфидные «микрокапли» (пентландит, пирротин и халькопирит); 2) низкотемпературная поздняя – сульфиды, синхронные с серпентином, тальком, карбонатами и с кварцем (те же сульфиды + сфалерит и галенит). «Микрокапли» сульфидов по структуре близки раскристаллизованным мантийным расплавам моносульфидного твердого раствора – ультрамафитовым, эклогитовым или содержащимся в виде включений в алмазах (Тэйлор, Ли, 2009), а, судя по составу (богаты Ni: пентландит>пирротина>халькопирита), видимо, являются ультрамафитовыми. Поздняя генерация сульфидов формировалась в результате «связывания» высвобождающихся примесных металлов в процессах преобразования первичных минералов ультрамафитовых ксенолитов – Ni из оливина и хромшпинелидов и др. минералов или Zn из шпинели.

Установлены две генерации хромшпинелидов. Первая – хромит I и шпинель I (49 микрозондовых анализов), образующие гомогенные зерна и кристаллы. Эти хромшпинелиды демонстрируют практически непрерывный ряд от шпинели (47.1 мас. % Al₂O₃) до высокохромистого хромита (до 64.5 мас. % Cr₂O₃); минералы бедны TiO₂ (<0.9 мас. %) и Fe₂O₃ (в среднем 3.0 мас. %). Такой изоморфный ряд соответствует хромшпинелидам лерцолитов и дунит-гарцбургитов, они могут присутствовать одновременно в небольших образцах только в виде ультраосновных ксенолитов в составе кимберлитов или лампроитов (Соболев, 1974; Mitchell, !995). Вторая генерация - хромит II и шпинель II (25 микрозондовых анализов), формировавшаяся по шпинели I в виде тонкопористых зерен (поры заполнены флогопитом). Эти хромшпинелиды резко обеднены (по отношению к первичной шпинели) Al₂O₃, напротив, обогащены TiO₂, FeO+Fe₂O₃. Такие особенности состава хромшпинелидов характерны для семейств мантийных щелочных пород – лампроитов и оранжеитов (Mitchell, 1995).

Из пробы весом 51 кг лампроитов диатремы выделено (методом кислотного растворения пробы, договор КНЦ РАН и акционерного общества Де Бирс от 7 августа 2007 г.) 10 кристаллов алмазов размерами 1.0-1.5 мм (Горьковец и др. 2009).

Из тяжелых концентратов отобраны 84 мономинеральных зерна пиропа красновато-фиолетового цвета. Химические составы этих гранатов отвечают преобладающему хромистому субкальциевому пиропу (50 зерен из 55 проанализированных) – Cr₂O₃ 4.5-5.8 мас. %, среднее 5.3 мас. %; CaO 2.4-2.8 мас. %, среднее  2.6 мас. %; Mg# = 0.824-0.884, среднее 0.873 - и кальциевому пиропу (5 зерен из 55) - Cr₂O₃ 3.1-7.8 мас. %; CaO 4.4-5.7 мас. %; Mg# = 0.833-0.844. Субкальциевый пироп близок по составу пиропу гарцбургит-дунитовой алмазоносной ассоциации (Соболев, 1974) и низкокальциевому хром-пиропу (группа G10 – включения в алмазах и сростки с алмазами – Dawson, Stephens, 1975) ксенолитов в кимберлитах. Кальциевый пироп из диатремы сопоставляется с составами пиропа лерцолитовой ассоциации мантийных ультрамафитов (Соболев, 1974).

Из тяжелых концентратов отобраны также более 40 зерен хромдиопсида изумрудно-зеленого цвета. Пироксен бывает мономинеральный или в сростках с тальк-серпентиновыми агрегатами. Этот диопсид (29 микрозондовых анализов) высокомагнезиальный (Mg#_ср. = 0.943), Cr₂O_3ср. 2.3 мас. %, Al₂O_3ср. 2.9 мас. %, Na₂O_ср. 2.2 мас. %, беден TiO₂ (<0.4 мас. %). Данный пироксен содержит 7 мол. % космохлорового и 8 мол. % жадеитового миналов и сопоставим с клинопироксеном лерцолитовой ассоциации флогопитсодержащих включений в алмазах (Соболев и др. 2009).

Составы наиболее высокохромистых хромитов в лампроитах диатремы (62-64.5 мас. % Cr₂O₃) сопоставляются с составами хромита, ассоциирующего с алмазами (Соболев, 1974; Соболев и др., 2009).

К ксенокристам ультраосновного парагенезиса в лампроитах, видимо, можно отнести также установленные в тяжелых концентратах редкие зерна пикроильменита (11.7-13.8 мас. % MgO, 3.5 мас. % Cr₂O₃) и, возможно, Cr-рутила (1.1 мас. % Cr₂O₃) – (Соболев, 1974)..

Породы диатремы по химическому составу, ассоциациям породообразующих, акцессорных и вторичных минералов, а также по особенностям химического состава этих минералов однозначно определены как сильно измененные оливиновые лампроиты (Mitchell, 1995), насыщенные ксенолитами ультраосновных пород - сильно измененных шпинелевых (гранатовых) лерцолитов и гарцбургит-дунитов.

Обнаружение алмаза и широкого комплекса ксенокристов минералов ультрамафитовых алмаз-содержащих парагенезисов доказывают глубинный (уровень гранатовых лерцолитов) источник магматического очага и алмазоносность изученной диатремы в Костомукшском рудном районе.

Литература

Белецкий Б.В. и др. Изотопные характеристики лампроитовых даек восочной части Балтийского щита. Геохимия. 1997. №6. С. 658-662.

Горьковец В.Я. и др. Геология и полезные ископаемые Карелии. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 2009. Вып. 12. С. 94-99.

Проскуряков В.В и др. Лампроиты Карело-Кольского региона. Доклады АН СССР. 1989. Т. 307. № 6. С. 1457–1460.

Раевская М.Б., Горьковец В.Я. Оперативно-информационные материалы за 1977 г. (Геология и петрография). Петрозаводск. 1978. С. 47-51.

Рудашевский Н.С., Рудашевский В.Н. Устройство для разделения твердых частиц. Патент на полезную модель №69418. РФ. М. 2007.

Рудашевский Н.С. и др. Лампроиты Костомукшского рудного района (Западная Карелия). 3D минералогическая характеристика. Региональная геология и металлогения. 2012. №49. С. 34-46.

Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск: Наука. 1974. 264 с.

Соболев Н.В. и др. Сингенетические включения флогопита в алмазах кимберлитов: свидетельство роли летучих в образовании алмазов. Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 12. С. 1588-1606.

Тэйлор Л.А., Ли Я. Включения сульфидов в алмазах не являются моносульфидным твердым раствором. Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 9. С. 1547-1559.

Щербак Н.П и др. Схема корреляции стратиграфических подразделений железисто-кремнистых формаций докембрия европейской  части СССР. Геологический журнал. 1986. Т. 46. № 2. С. 5-17.

Dawson J.B., Stephens W.E. Statistical classification of garnets from kimberlites and associated xenoliths. J.Geol. 1975. Vol. 83. № 5. P. 589-607.

Mitchell R.H. Kimberlites, orangeites and related rocks. Plenum. New York: 1995. 410 p.

Rudashevsky N.S. e. a. Separation of accessory minerals from rocks and ores by hydroseparation (HS) technology: method and application to CHR-2 chromitite, Niquelândia, Brazil. Trans. Inst. Min. Metall. (Section B: Appld. Earth Sci.). 2002. V. 111. P. B87-B94.