2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ МИНЕРАЛОВ В ПРОЦЕССЕ ИЗМЕНЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВ

Зинчук Н.Н.

Западно-Якутский научный центр Академии наук Республики Саха (Якутия), г. Мирный,

Россия, nnzinchuk@rambler.ru

В предыдущих наших работах обобщён оригинальный и литературный материал по геологическому строению, вещественному составу и алмазоносности большей части коренных месторождений алмазов кимберлитового типа. Несмотря на довольно детальное изучение геологии и вещественного состава этих уникальных пород, слабо изучены пока особенности изменения слагающих их минералов как в гидротермальных, так и в гипергенных условиях.. При изменении кимберлитов существенным преобразованиям подвергаются как породообразующие минералы, так и содержащиеся в породах мантийные компоненты. Наиболее детально нами изучено поведение этих минералов в процессе выветривания кимберлитовых пород, что в некоторой мере является сходным с их преобразованием под действием пневматолитово-гидротермальных процессов. Ранее проведёнными исследованиями установлено увеличение в коре выветривания кимберлитов количества алмазов с голубой окраской или покрытых плёнкой бурых пелитоморфных новообразований, отличающихся по строению и составу от келифитовых кайм на других первичных минералах, в частности на пиропе. Исследованиями последних лет также показана значительная неустойчивость в процессе выветривания кимберлитовых пород основных сопутствующих алмазу минералов: пиропа, пикроильменита, пироксенов и оливина. Оливин и пироксены в сильно изменённых кимберлитах практически полностью замещаются вторичными образованиями (серпентином и монтмориллонитом), сильно корродируются гранаты пиропового ряда; меньше изменяется пикроильменит и наиболее устойчивыми являются хромшпинелиды. Закономерности изменения пиропа и пикроильменита наиболее детально нами изучены с помощью комплекса современных методов исследований по разрезу коры выветривания трубки имени ХХШ сьезда КПСС в Мало-Ботуобинском алмазоносном районе Сибирской платформы.

По химическим и структурно-энергетическим свойствам минералы-спутники алмаза представляют собой группу наиболее глубинных парагенезисов. Термодинамические пределы их устойчивости (по температуре – до 1200°С и по давлению – до 40·10⁸Па) обеспечивают возможность широкой изоморфной смесимости. Особенности изменения первичных минералов во многом обусловлены степенью их дефектности. Специфические условия  генезиса и эволюции кимберлитового расплава до момента становления кимберлитовой трубки определяют для всех первичных минералов высокую степень дефектности. Так, для пиропа характерно блоковое строение кристаллов. Структурное травление полированных поверхностей овальных зерен пиропа показало существование эпигенетической зональности по степени дефектности структуры – более дефектны они по периферии и совершенны в ядре. Зональность четко выражена у наиболее глубинных пиропов различных оттенков фиолетового цвета, а у менее глубинных оранжевых пиропов она часто не прослеживается. Для последних характерны блоковое строение и повышенная дефектность всего зерна. В целом же дефектность повышается в ряду фиолетовые – красные – оранжевые пиропы. В редких случаях встречаются пиропы с полосами пластической деформации. В кимберлитах практически отсутствуют зерна пиропа в той или иной степени нетрещиноватые, причём степень трещиноватости увеличивается от фиолетовых пиропов к оранжевым и связана с их изменениями в постмагматическую стадию. Дефектность повышают также структуры распада твердого раствора, сигненетические включения хлорита, пикроильменита, оливина, пироксенов и других фаз, создающих в матрице вокруг себя поле напряжений за счёт разницы коэффициентов термического расширения. Пикроильменит, являющийся одним из самых распространённых минералов кимберлитов, парагенетически связан с оранжевыми пиропами и характеризуется чрезвычайно высокой степенью дефектности структуры. Обладая избыточной энергией, связанной с дефектами структуры, часть зёрен пикроильменита в благоприятных условиях проходит рекристаллизацию, в результате которой образуется равновесный агрегат бездефектности зерен. Поскольку этот процесс редко доходит до конца, то встречаются разнозернистые агрегаты со сложными межзерновыми границами. Последние являются местами концентрации всех возможных в кристаллах дефектов и поэтому обладают избыточной энергией. К дефектам структуры пикроильменита следует также отнести структуры распада твердого раствора и включения иных фаз.

В зоне гипергенеза, где условия для обьёмной диффузии практически отсутствуют, на первый план выступают диффузионные явления, связанные с дефектами и несовершенствами кристаллической решетки, поскольку энергия активации диффузии по ним значительно ниже, чем энергия активации обьёмной диффузии. Одно- и двухмерные дефекты кристаллической решетки, в меньшей степени поля напряжения вокруг трехмерных дефектов, служат проводниками вещества минерала в окружающую среду. Эта диффузия и определяет морфологию коррозионных поверхностей: каналы и щели травления, впадины и каверны, положительный блоковый рельеф, образующийся при протравливании границ между блоками и др. Характерной особенностью выветривания пиропов можно считать образование трахитических (волосовидных) каналов травления и более крупных клиновидных впадин. Они являются одновременными нарушениями структуры – дислокациями и благодаря избыточной энергии обеспечивают повышенную миграцию вещества кристалла по ним. Образование клиновидных впадин связывается нами с процессами полигенизации при отжиге в магматическом расплаве. Эти процессы приводят к преимущественной концентрации дислокаций в периферической части овальных зерен пиропа, в то время как внутренняя часть остаётся малодефектной. Такая зональность отчётливо проявляется для гранатов из коры выветривания кимберлитов и слабее – для зерен минерала, изменённых пневматолитово-гидротермальными процессами. Другой характерной особенностью выветривания является коррозионное растрескивание первичных минералов, связанное с адсорбционным понижением их прочности. Гранаты в коре выветривания более трещиноваты, чем в кимберлите, отчего значительная их часть при обработке проб переходит в мелкие гранулометрические классы. В зоне гипергенеза образуются так называемые кубоиды, имеющие обычно бугорчатую поверхность и пирамидальный рельеф, подчеркивающий их блоковое строение. Повышенная дефектность оранжевых пиропов и более равномерное распределение дислокаций в обьеме кристаллов делают их менее устойчивыми к выветриванию, чем фиолетовые и красные, что приводит к обеднению цветовой гаммы пиропов в верхних частях профилей выветривания по сравнению с плотным кимберлитом.

Благодаря значительно большей устойчивости к агентам выветривания зерна пикроильменита корродируются незначительно, коррозионный рельеф нередко наблюдается лишь по суммарному отблеску от поверхностей, близких к пинакоиду. Вследствие весьма высокой дефектности большинства зерен пикроильменита коррозионный рельеф их становится хаотичным. Нередко здесь развивается контрастный коррозионный рельеф, при интенсивном развитии напоминающий наждак. Поверхности, близкие к пинакоиду, более устойчивы к коррозии, и на них образуются пологие овальные или тригональные впадины. Такая картина травления подчеркивает анизотропность распределения дислокаций и концентрирование их в слоях, параллельных пинакоиду. Эффект адсорбционного понижения прочности приводит к скалыванию с поверхности зерен тончайших чешуек. Несколько иначе ведут себя в процессе выветривания и вторичного преобразования рекристаллизованные агрегаты пикроильменита. В процессе изменения такие зерна корродируются равномерно, коррозионный рельеф их четкий, отражающий симметрию поверхности, скульптуры распределены равномерно. В целом агрегаты пикроильменита менее устойчивы к процессам и гидротермального, и гипергенного изменения, чем монолитные кристаллы. Помимо этого, устойчивость пикроильменита существенно зависит от размера изменяющихся зерен. Нередко на поверхности зёрен ильменита образуется лейкоксен, количество которого в верхней части профилей выветривания значительно увеличивается.

Таким образом, проведёнными нами исследованиями установлена различная степень устойчивости мантийных минералов к процессам гидротермально-пневматолитового и гипергенного преобразования. Основные первичные минералы кимберлитов по степени возрастания устойчивости образуют следующий ряд: пироксены – оливин – пироп – пикроильменит – хромшпинелиды. Устойчивость в этом ряду связана со структурно-энергетическими особенностями минералов, причём для различных генетических групп она определяется характером и степенью дефектности структуры. Пневматолитово-гидротермальное и гипергенное преобразование первичных минералов кимберлитов происходит путём диффузионного выноса вещества по дислокациям и дислокационным блоковым границам, так как для них энергия активации значительно понижена. Широко развиты при этом явления адсорбционного понижения прочности, приводящего к диспергации вещества кристалла и соответственно к повышению темпов преобразования (выветривания). Обогащённость верхних горизонтов коры выветривания кимберлитов фиолетовыми гранатами связана с различной устойчивостью в этом процессе различных цветовых разновидностей минерала. Повышенная устойчивость пикроильменита и хромшпинелидов относительно пиропа приводит к изменению их соотношения в пользу рудных минералов в образованиях коры выветривания по сравнению с неизменёнными кимберлитами. Ключевые слова: кимберлиты, мантийные минералы, пневматолитово-гидротермальные и гипергенные процессы, устойчивость, дефектность, коррозия.