Кимберлитовая и некимберлитовая алмазоносность и вероятные модели алмазообразования.

Лапин А.В.*, Белов С.В.**, Ключарёв Д.С.*

*Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, Москва, Россия.

** Геологический музей им. В.И.Вернадского, РАН, Москва, Россия.

 

В последние годы в различных структурных сегментах земной коры выявлены многочисленные и разнообразные по составу проявления некимберлитовой  алмазоносности изверженных и метаморфических пород.  Наибольшее количество находок некимберлитовых алмазоносных комплексов относится к орогенным коллизионным поясам, аккреционно – коллизионным зонам активных континентальных окраин, гнейсово-эклогитовым ультраметаморфическим поясам, вулканическим островным дугам и др. (Кимберлиты и некимберлитовая алмазоносность…, 2010; Kaminsky, 2007) По геодинамическим условиям формирования эти алмазоносные комплексы существенно отличаются от кимберлитов, которые свойственны стабильным древним кратонам.

Учитывая это, предпринимаемые нередко попытки объяснения разнообразных проявлений некимберлитовой  алмазоносности с единых с кимберлитами генетических позиций представляются мало продуктивными, и возникает необходимость анализа возможных условий генерации алмаза, отличных от традиционного кимберлитового алмазообразования. Это тем более очевидно, что теоретическими и экспериментальными работами последних десятилетий доказана возможность  синтеза алмаза в различных материнских средах и при различных термодинамических параметрах, включая сравнительно низкотемпературные и низкобарические условия, и это является одним из аргументов в пользу принципиального вывода и о полигенности алмаза в природе.

Анализируя современное состояние проблемы алмазоносности изверженных и метаморфических пород с учётом результатов экспериментов по синтезу алмаза, можно наметить следующие вероятные модели алмазообразования применительно к тем или иным термодинамическим условиям и природным геодинамическим обстановкам.

1.     «Кимберлитовая» модель (древние кратоны) – кристаллизация алмаза в расплавленном веществе верхней мантии и промежуточной зоны, частично продолжающаяся, вероятно, в кимберлитовой магме в области термодинамической устойчивости алмаза (P >4ГПа, Т >1270°К) в соответствии с диаграммой фазового равновесия графит-алмаз в статических условиях. Согласно этой модели кимберлиты приурочены к относительно стабильным холодным блокам с глубокими литосферными корнями и им сопутствуют наиболее глубинные мантийные парагенезисы. Таким образом, кимберлитовые алмазы являются протоминералами мантийных перидотитов и эклогитов и выносятся кимберлитовой магмой вместе с ксеногенным материалом мантийных пород из области термодинамической устойчивости минерала, что не исключает как возможности дорастания кристаллов алмаза в кимберлитовой магме, так и их частичного растворения в процессе транспортировки к поверхности.

2.     «Коллизионная» модель (орогенные складчатые пояса и активные континентальные окраины) – кристаллизация алмаза в верхних частях мантии и низах коры в различных по составу породах в условиях напряжённо-деформированного состояния за счёт аномальных стрессовых напряжений в зонах континентальной коллизии и субдукционных аккреционно-коллизионных зонах активных континентальных окраин. (Примеры: базальты вулканов Древний Ичинский и Алмазный на Камчатке [Кутыев, Кутыева, 1975; Каминский и др., 1979]; карбонатитоподобные породы чагатайского комплекса на Тянь-Шане и др. [Лапин, Диваев, Костицин, 2005; Головко, Диваев, 2007]). Согласно М.В. Гзовскому (1975), П.Н. Кропоткину (1996) и В.Т. Филатовой с соавторами (2002) величины наибольших касательных напряжений в этих условиях могут существенно  превосходить литостатическую нагрузку и на глубинах до 20 км могут составлять 10-15 кбар, локально и на короткое время, достигая значений 50 кбар.

Обычные для кимберлитов минералы – спутники алмаза отсутствуют. Восстановительные условия, необходимые для генерации алмаза, обеспечиваются глубинными флюидами и проявляются в присутствии в породах муасанита, графита, самородных металлов (Au, Ag, Pt, Pb, Cu и др.) и их сплавов.

3.     Модель газово-флюидного синтеза алмазов в открытых каталитических системах (зоны катаклазитов и метасоматитов в связи с региональными тектоническими разломами, крупными надвигами) кристаллизация алмаза в породах земной коры при умеренных и низких давлениях, наличии флюидно-газового потока углеродсодержащих веществ, достаточно высокой температуре (более 700°С), оптимальном окислительно-восстановительном потенциале и присутствии катализаторов. Характерна интенсивная графитизация алмазоносных пород. В образовании алмаза и графита участвует биогенный углерод. (Пример – Кумдыкольское месторождение в Северном Казахстане [Лаврова, Печников и др., 1999])

4.     Модель эпитаксического роста алмаза – карбонадо на минеральной подложке – поверхности структурноподобного кубического карбида кремния в восстановительных условиях при относительно низких РТ параметрах в условиях высокой газонасыщенности и сбалансированного состава газовой фазы. Характерна ассоциация алмаза с кубическим карбидом кремния, графитом, самородным кремнием. (Пример – карбонадо в авачитах Камчатки [Горшков, Селивёрстов и др., 1995] )

5.     «Импактная» модель – кристаллизация алмаза вследствие шокового давления и разогрева в результате твёрдофазового перехода графита в алмаз при ударном воздействии на земные породы крупных метеоритов. Алмазы представлены мелкими поликристаллическими агрегатами, содержащими примесь гексагональной модификации минерала – лонсдейлита, а так же включения чешуек графита. Высокобарические минералы представлены так же коэситом и стишовитом. (Пример – алмазоносные импактиты Попигайской          астроблемы [Массайтис, Михайлов, Селивановская, 1975] )

6.     «Кавитационная» модель – зарождение микро - и нанокристаллических алмазов во флюидных включениях в минералах ксенолитов мантийных пород в лампрофирах и щелочных базальтах с использованием энергии выделяемой в результате кавитационных процессов в жидкости. Согласно этой модели кавитация служит эффективным средством концентрирования энергии звуковых волн низкой плотности в высокую в результате пульсации и схлопывания кавитационных пузырьков. В процессе пульсации кавитационных пузырьков в них аккумулируется энергия. Схлопывание кавитационных пузырьков (давление и температура в которых при этом оцениваются в ~10ГПа и 5000°С) вызывает ударные акустические волны, которые могут приводить к кристаллизации алмаза в сохранившихся пузырьках. В составе включений, содержащих наноалмазы, присутствуют высокоплотная углекислота, карбонаты и водные минералы. (Примеры: дайки лампрофиров на островах Японского архипелага [Mizukami, Wallis et al., 2008], щелочные базальты Гавайских островов [Wirth, Rocholl, 2003; Frezzotti, Piccerillo, 2007]

Таким образом, анализ разнообразных по составу и условиям формирования алмазоносных комплексов даёт достаточно аргументов в пользу вероятной реализации различных моделей алмазообразования в зависимости от геодинамических режимов, свойственных тем или иным литосферным сегментам. Примечательно, что каждой из природных моделей соответствует экспериментально апробированный способ искусственного синтеза алмаза. Очевидно, что вероятную полигенность алмаза необходимо учитывать при прогнозно-поисковых работах на алмазы, особенно во внекратонных обстановках.

References:

Кимберлиты и некимберлитовая алмазоносность изверженных и метаморфических пород. Авторы: А.В. Лапин, Г.С. Гусев (ред. Н.В. Межеловский, А.Ф. Морозов) Изд. ГЕОС, М.2010. 496 с.

Kaminsky F.V. Non-Kimberlitic Diamondiferous Igneous Rocks: 25 Years on. // Journ. Geol. Soc. of India. V. 69. March 2007. P. 557-575.

Кутыев Ф.Ш., Кутыева Т.В. Алмазы в базальтоидах Камчатки // Докл. АНСССР. 1975. Т.221. NI. С.69-80

Каминский Ф.В., Патока М.Т., Шеймович В.С. О геологотектоническом положении алмазоносных базальтов Камчатки // Докл. АНСССР. 1979. Т.269. N3. С.679-682.

Лапин А.В., Диваев Ф.К., Костицин Ю.А. Петрогеоклиматическая типизация карбонатитоподобных пород чагатайского комплекса Тянь-Шаня в связи с проблемой алмазоносности // Петрология. 2005. Т.13. N5. С.548-560.

Головко А.В., Диваев Ф.К. Неокимберлитовые алмазоносные породы Узбекистана. В сб. «Щелочной магматизм, его источники и плюмы». Ред. Н.В. Владыкин. 2007. Иркутск. С.124-140.

Gzovsky M.V. The basics of Tectonophysics. M. Nauka. 1975. 535 p.

Kropotkin P.N. Tectonic Stresses in the Earth`s Crust // Geotectonics. №2. 1996. p.3-15.

Filatova V.T. and oth. Tectonophysics of Intraplate Collision // Geology and Mineral Resources of the Kola Peninsula. V.1. Apatites. 2002. p.57-73.

Лаврова Л.Д., Печников В.А. и др. Новый генетический тип алмазоносных месторождений. М. Научный мир. 1999. 228 с.

Горшков А.И., Селивёрстов В.А. и др. Кристаллохимия и генезис карбонадо из меланократовых базальтоидов вулкана Авача на Камчатке // Геология рудных месторождений. 1995. Т.37. N1. С.54-66.

Массайтис В.Л., Михайлов М.В., Селивановская Т.В. Попигайский метеоритный кратер. М. Наука. 1975. 124 с.

Mizukami T., Wallis S. et al. Foreark diamond from Japan // Geology. 2008. V.36. N3. P.219-222/

Wirth R., Rocholl A. Nanocristaline diamond from the Earth’s mantle underneath Hawaii // Earth and Planet. Sci. Lett. 2003. V 211. N 3-4. P. 357-369.

Frezzotti M.-L., Peccerillo A. Diamond-bearing COHS fluids in mantle beneath Hawaii // Earth and Planet. Sci. Lett. 2007. V.262. P. 273-283.