2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Геохимические особенности разновозрастных кимберлитов

северо-востока Сибирской платформы

Ротман А.Я.

Научно-исследовательское геологоразведочное предприятие АК «АЛРОСА», г.Мирный, Россия rotman@cnigri.alrosa-mir.ru, arotman@mail.ru

Рассматриваются геохимические особенности среднепалеозойских и мезозойских кимберлитов северо-восточной части Сибирской платформы, выраженные в характере распределения и соотношений ряда петрогенных (Al, Ca,Ti, Fe, Mg, K, P) и примесных (Cr, Ni, Co, Mn, V - сидерофильных; Sc,Y, Th, U, Pb, Zr, Hf, Nb, Ta – высокозарядных, наименее подвижных; Be, Ga, Sr; Ba, Rb, Cs – крупноионных литофильных, РЗЭ: La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu – легких, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu - тяжелых) элементов.

Кимберлитовые проявления (диатремы, реже жилы, дайки и силлы) крупнейшей в мире Сибирской алмазоносной провинции сконцентрированы в северо-восточной части Сибирской платформы и составляют кимберлитовую формацию, включающую, кроме собственно кимберлитов, ограниченно распространенные монтичеллитовые пикриты, пикритовые порфириты и альнеиты. Они связаны преимущественно с двумя магматическими эпохами – среднепалеозойской (девон-карбон) и мезозойской (триас, юра), занимая различные пространственные позиции. Породы первой из них имеют важное экономическое значение, включая промышленно алмазоносные кимберлиты.

Петрогеохимические свойства  кимберлитовых и конвергентных им пород обнаруживают заметные вариации, которые определяются как эндогенными, так и экзогенными факторами. По химическому составу кимберлиты отвечают ультраосновным породам, характеризующимся высокой магнезиальностью часто при почти равных количествах SiO₂ и MgO (SiO₂/MgO=1,1-1,2, иногда 1,0 и менее – трубки Интернациональная Айхал, Удачная-восточная), высоким содержанием Cr и Ni, высокими значениями отношений Mg/Fe и Ni/Co. Кимберлиты региона и, в первую очередь, промышленно алмазоносных тел по соотношению оксидов калия и титана, алюминия и кальция, а также по соотношению циркония и ниобия, ниобия и лантана, церия и стронция отвечают базальтоидным кимберлитам (кимберлитам группы I Южной Африки). При этом в среднепалеозойских  кимберлитах полей с промышленной алмазоносностью фиксируются более высокие значения MgO/FeO_total (3,7-5,8), чем в таковых мезозойского возраста (1,6-2,8), а кимберлиты Чомурдахского поля занимают промежуточную позицию (2,9-3,1). В ряде трубок отдельных северных полей Западной Якутии (Куранахское, Чомурдахское, Лучаканское, Ары-Мастахское) и в породах интрузивной фации (Ан-21, Липа, Великан, Лыхчан-1, шток Монтичеллитовый и др.) наблюдаются повышенные (более 2,5-3 мас. %) содержания TiO₂, позволяя относить такие проявления к высокотитанистому типу при умереннотитанистом характере промыщленно алмазоносных тел. Обособляются кимберлиты трубок Накынского поля, в которых, как и в отдельных трубках Далдыно-Алакитского алмазоносного района, отмечается весьма низкое – менее 0,5 мас.% - содержание  TiO₂ при пониженных значениях индекса фракционирования (La/Yb) редких земель. Анализ соотношений оксидов Al и Ca показывает наиболее выдержанные составы кимберлитов Верхне-Мунского поля. В других полях с промышленной алмазоносностью во многих трубках наблюдается обогащение CaO, что выражено и в высоком среднем содержании извести в кимберлитах Мирнинского и Алакит-Мархинского полей, а в полях Анабарской группы – Al₂O₃ (Ары-Мастахское и Дюкенское поля) или обоих оксидов одновременно (Биригиндинское и Лучаканское поля). В целом кимберлиты полей мезойского возраста относительно таковых с экономически значимой продуктивностью отличаются более высокими концентрациями TiO₂, FeO и, часто, P₂O₅. Поведение К₂О неоднозначно с заметными вариациями концентраций как в среднепалеозойских, так и в мезозойских кимберлитах при частой повышенной калиевости в продуктивных телах (трубки Мир, Дачная, Интернациональная, Ботуобинская, Нюрбинская, Айхал, Удачная); иногда обнаруживается положительная корреляция алмазоносности и калиевости, что отмечалось Василенко В.Б. с коллегами [Василенко и др., 1997]. Концентратором К₂О служит флогопит, количество которого заметно различается как между трубками, так и внутри трубок между продуктами кристаллизации расплавов разных фаз внедрения. Главной особенностью химизма кимберлитов является антагонизм оксидов Ca и Mg, отражающих доли их носителей - карбоната (преимущественно кальцита) и оливина/серпентина.

Сравнивая промышленно алмазоносные кимберлиты со слабо алмазоносными и неалмазоносными проявлениями по распределению элементов-примесей можно констатировать более высокие содержания Ni, Cr, Li и Pt  в первых, Co, Mn, V, Ti, Sc, Be, Ga, Ba, Sr, Zr, Nb, Ta, REE, Zn и Sn во вторых при примерно равных количествах Rb, Pb, Mo, Th и U. Следует также отметить, что большинство из перечисленных элементов, за исключением Ni, Co, Cr, Mn и Pt, накапливаются в кимберлитах в концентрациях, во много раз превышающих кларковые для ультраосновных пород. Примечателен относительно выдержанный характер распределения микроэлементов в разновозрастных кимберлитах. Отмечаются «отскоки» концентраций отдельных элементов в породах Старореченского поля (минимальные количества сидерофилов V, Co, Cr, Ni, и максимальные – редкоземельных элементов). По наименьшим содержаниям большинства редкоземельных элементов (REE) обособляются отдельные проявления Куойкского поля, в пределах которого отмечены как среднепалеозойские, так и мезозойские кимберлиты.

Микроэлементный состав кимберлитов различного возраста и различной продуктивности показывает значительный разброс спектров поведения легких редкоземельных элементов (LREE) и уменьшение размаха концентраций тяжелых редкоземельных элементов (HREE) в промышленно алмазоносных кимберлитовых телах. Среди последних повышенные содержания REE фиксируются в кимберлитах трубок Мирнинского и Алакит-Мархинского полей, а наиболее низкие – в породах Накынского поля при промежуточном положении кимберлитов Далдынского поля. Отличаются по снижению концентраций Rb, Th, U, Nb, Ta, Pb и некоторых других элементов породы мезозойских проявлений полей Прианабарья, для которых в целом можно отметить более пологие спектры распределения элементов и повышенное содержание HREE относительно кимберлитов промышленно алмазоносных полей. Обособляются от всех кимберлитовых проявлений характером распределения редких элементов породы трубок Накынского поля: они обогащены Cs, Rb, Ba, K, обеднены Ti, LREE и имеют отчетливые отрицательные аномалии Th, U, Nb. В индикаторных минералах распределение редких и редкоземельных элементов обнаруживает различные тенденции: в моноклинных пироксенах распределение имеет пологий характер спектров, а спектры для гранатов и других минералов характеризуются заметным размахом концентраций элементов. В. Гриффин  с соавторами [Griffin and all.,1999]  показали, что увеличение значений Y/Ga и уменьшение Zr/Y в перидотитовых гранатах прямо связаны с увеличением объема вмещающих их пород и контролируется клинопироксен/гранат отношениями и общим количеством обоих минералов. При этом самые высокие значения Zr/Y свойственны среднепалеозойским кимберлитам промышленно алмазоносных полей,  а самые низкие  значения этого отношения и наибольшие Y/Ga – мезозойским в Куойкском поле.

На отмеченные геохимические особенности разновозрастных кимберлитов свое влияние оказали мантийные источники. По имеющимся данным Sr-Nd   изотопии [Агашев и др., 2000; Богатиков и др., 2004; Костровицкий и др., 2007 и др.] кимберлиты промышленно  алмазоносных полей и неалмазоносных проявлений Оленекской группы сформировались за счет наиболее изотопно-примитивной астеносферной гомогенной мантии (резервуар BSE), а геохимически обособляющиеся кимберлиты Накынского и Верхне-Мунского полей образованы за счет источников  ЕМ1 и HIMU соответственно.

В целом, рассматривая в качестве исходных мантийных субстратов породы литосферной мантии (лерцолиты, гарцбургиты, дуниты при подчиненной доли пироксенитов и эклогитов), фрагменты которых фиксируются в виде ксенолитов в кимберлитах, можно констатировать тенденцию их истощения базальтоидной составляющей. Эта черта более выражена в геохимических особенностях кимберлитов алмазоносных полей среднепалеозойского возраста. В мезозойских проявлениях пород кимберлитовой формации доля этой составляющей (TiO₂, FeO, Al₂O₃, Na₂O) возрастает.

 Спектр кимберлитовых микроэлементов показателен обогащенностью (относительно ультраосновных пород) некогерентными Rb, Sr, Ba, Zr, Nb, Hf, Ta, Nd, Sm, La, Ce, Th и U, что объясняется влиянием на образование кимберлитовых расплавов горячих плюмов. Последние формируются на границе ядро-мантия [Haggerty, 1994 и др.]. На плюмовое происхождение кимберлитов провинции указывают и содержания редких и редкоземельных элементов, нормализованных по составу примитивной мантии [McDonough, Sun, 1995], которые проявляют отрицательные (Рb, К, Zr, Sr) и положительные (Nb, Th, Nd, Sm) аномалии [Агашев и др., 2000].

Высокий размах содержаний как между трубками, так и в отдельно взятых трубках обнаруживают сидерофильные и литофильные элементы, а радиоактивным свойственны наиболее выдержанные распределения в кимберлитах отдельных тел и, как следствие, различие трубок по этому показателю. Отмеченные геохимические различия пород кимберлитовой формации, наряду с качественно-количественными вариациями спектра мантийных минералов (алмаза и его парагенетических спутников) отражают латеральные колебания верхней мантии провинции, мощность литосферы и особенности разновозрастных магматических проявлений.

Литература

Василенко В.Б., Зинчук Н.Н., Кузнецова Л.Г. Петрохимические модели алмазных месторождений Якутии. Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. 574 с.

Griffin W.L., Ryan C.G., Kaminsky F.V. et al. 1999. The Siberian lithosphere traverse: mantle terranes and asembly of the Siberian Cratons // Tectonophysics. V. 310. P. 1-35.

Агашев A.M., Орихаши Ю., Ватанабе Т., Похиленко Н.П., Серенко В.П. Изотопно-геохимичес­кая характеристика кимберлитов Сибирской платформы в связи с проблемой их происхождения // Гео­логия и геофизика, 2000, т. 41 (1), с. 90-99.

Богатиков О.А., Кононова В.А., Голубева Ю.Ю., Зинчук Н.Н., Илупин И.П., Ротман А.Я., Левский Л.К., Овчиникова Г.В., Кондрашов И.А. Петрогеохимические и изотопные вариации состава кимберлитов Якутии и их причины // Геохимия, 2004, №9, с. 915-939.

Костровицкий С.И., Морикио Т., Серов И.В., Яковлев Д.А., Амиржанов А.А. Изотопно-геохимическая систематика кимберлитов Сибирской платформы // Геология и геофизика, 2007, т. 48, № 3, с. 350-371.

Haggerty S.E. Superkimberlites: a geodinamic window to the Earth,s core // Earth and Planetary science letters. 1994. V. 122. P.57-69.

McDonough, Sun S.S. The composition of the Earth // Chemical Geology, 1995, v. 120, p. 223-253.