2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК СФОРМИРОВАННЫХ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Н.Н.Зинчук

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

г. Мирный, Россия, nnzinchuk@rambler.ru

Геодинамические факторы оказывают немаловажное влияние на развитие вторичных процессов как в кимберлитовых телах в целом, так и в отдельных их частях. Известно, что в процессе внедрения кимберлитовой магмы образуется «прорыв» вышележащих пород, который может на различных горизонтах менять как сами очертания, так и наклон контактов. Нередко могут возникать и спаренные стволы. В зависимости от импульса внедрения, соотношения в магме жидкой и газовой фаз, а также состава перекрывающих пород, возникает различная по величине и агрегатному состоянию зона приконтактового дробления, при этом изменяются количество и размеры трещин, а также направление трещиноватости в окружающих кимберлитовые тела породах. От состава и свойств последних в значительной степени зависит неоднородность кимберлитовых пород как по вертикали, так и по латерали, а вместе с тем и различная их устойчивость в отношении вторичных (и повторно вторичных) изменений. Кроме того, кимберлитовые тела в некоторых случаях претерпевают изменения под влиянием более позднего внедрения основной магмы с образованием трапповых силлов, возникновение которых сопровождается резким увеличением трещиноватости не только окружающих пород, но и самого кимберлитового тела. Все эти тектонические факторы влияют прежде всего на гидродинамические условия, обусловливающие последующее преобразование кимберлитовых тел. Внедрение кимберлитовой магмы происходило, по мнению многих исследователей, в результате «прострела» осадочной толщи. Поэтому не газы проделывают канал, а отвердевающая по пути порция магмы, выполняющая роль своеобразных «снарядов», которых может быть несколько. Они чередуются с сильно сжатым газом, выбросы которого приводят к разрежению боковых пород, что вызывает их провалы. Прежде чем пробить осадочные породы, «снаряд», подталкиваемый газами, должен пройти по уже существующей в фундаменте платформы трещине, возникшей в результате разломной тектонической деятельности. С уходом газовой составляющей дальнейший подьём магмы происходит под давлением самого расплава, которым (если не остынет) выполняется проделанное «снарядом» отверстие. После выделения газов, резкого спада давления (а значит и температуры) в кимберлитовое тело устремлялись водные растворы из вмещающих пород. В результате образовывались гидротермы, которые насыщались углекислым газом, выделявшимся из остывающего магматического расплава. Дегазация магмы, как известно, может продолжаться целые эпохи. На формирование современных пород, выполняющих трубки взрыва, оказывала влияние не только тектоническая обстановка во время внедрения кимберлитового расплава, но и в значительной мере вмещающие породы. Так, например, в Якутской алмазоносной провинции (ЯАП) именно последние определили образование по кимберлиту карбонатов и серпентина, а не более богатых кремнезёмом слоистых силикатов (талька и смектита), а также пироаурита как породообразующего минерала. Вместе с тем на отдельных участках и в отдельных телах сложилась обстановка для возникновения определённых количеств талька (на глубине), брусита (восточное тело трубки Удачная и отдельные блоки в трубке Юбилейная и др.). Всё это обусловлено гидродинамическими условиями во время становления и последующего преобразования кимберлитовых пород каждой из трубок. Это указывает на то, что кимберлитовые тела сформировались в результате неоднократного воздействия на исходную породу различных факторов, которые зафиксировались в минералах, слагающих в настоящее время эти тела. На химические и минеральные особенности  кимберлитовых тел оказали влияние:составы внедрившейся магмы, ксенолитов и вмещающих пород, интенсивное воздействие постмагматических гидротермальных и экзогенных процессов, внедрение магмы основного состава и др. Изучить влияние всех этих факторов на кимберлитовые породы очень сложно, поскольку это процесс многоплановый. Однако при математической обработке данных химических анализов необходимо учитывать и использовать сведения о геологическом положении трубок, минеральный состав и свойства самих кимберлитов и слагающих их компонентов.

Формирование кимберлитовых тел, вся дальнейшая их история тесным образом связаны с тектонической обстановкой каждого из существующих кимберлитовых полей. От конкретного геологического строения территории во многом зависит форма, размеры и современный состав кимберлитовых тел. Особенно велико влияние тектоники на все дальнейшие процессы, преобразовавшие породы кимберлитовых трубок до современного состояния. Все они воздействовали на породу через физико-химические факторы. Кимберлитовые тела обычно сложены брекчиями (автолитовыми, туфобрекчиями или просто брекчиями) и туфами. Поэтому по химическому составу они не могут приравниваться к любым изверженным породам.  Ксенолиты, содержание которых достигает иногда 20% и более, в основной массе кимберлитов довольно малы по размерам и практически не могут быть полностью отделены механическим путём при подготовке проб на химические анализы. Ксенолиты представлены как кимберлитами ранних генераций и родственными им мантийными породами (перидотитами, лерцолитами и др.), так и породами кристаллического фундамента и вмещающими осадочными образованиями. Последние во многих случаях преобладают над всеми остальными ксенолитами, что сильно осложняет петрохимические исследования. Значительный вклад в изучение петрохимии кимберлитовых образований внесли геохимические исследования элементов-примесей.. При этом как и с петрогенными компонентами, возник ряд трудностей, вызванных следующими причинами: а) как исходные минералы, так и ксенолиты, претерпели значительные изменения, которые не могли не повлиять на перераспределение в породе всех составляющих её элементов; б) химический состав (включая и элементы-примеси) зависит не только от состава исходной магмы, но и от ксенолитов, которые содержат характерные для определённого типа пород элементы-примеси. Поэтому химический состав во многом определяется свойствами самих элементов, которые в процессе переработки исходной породы и дальнейших изменений могут быть в различной степени мобильными. Поскольку совершенно инертных элементов не бывает, то важно изучить относительную инертность, которая может меняться с переходом породы в другие физико-химические условия.

В случае однородных ультраосновных пород с целью определения последовательности выделения отдельных фаз внедрения был разработан вариационный анализ, основанный на соотношениях титана и суммы титана, окисного и закисного железа, которые для данных пород постоянны при определённых РТ-условиях. Успешно применить данный метод для кимберлитовых пород Сибирской платформы во многих случаях затруднительно, поскольку исходные (неизменённые или слабо изменённые) породы в них встречаются очень редко, что позволило нам кимберлитовую формацию разделить на две субформации- кимберлитовую и апокимберлитовую (в последней количество вторичных минералов нередко достигает до 90-95% обьёма породы). В связи с отмеченными трудностями в петрохимическом изучении кимберлитов в современных условиях используются более сложные расчёты, среди которых немаловажное значение приобретает факторный анализ как один из вариационных методов изучения пород. Факторный анализ проводится на основе корреляционных матриц с применением метода главных компонент. Для примера попытаемся определить некоторые факторы, которые соответствуют отдельным образованиям в кимберлитовых телах, используя при этом значения первых трех факторов, суммарная дисперсия которых обычно не превышает 60%. С этой целью для расчета корреляционной зависимости отобраны образцы из трех кимберлитовых трубок Якутии. Так, по одному из опорных горизонтов трубки Удачная (190 м) на основании расчётов валовых химических анализов получено два ряда компонентов, отвечающих положительным и отрицательным факторным нагрузкам. Положительным значениям отвечает вода, оксиды магния, титана, кремния, фосфора, железа и марганца. Антиподами являются оксиды углерода, натрия, калия, серы и алюминия. Первый фактор характеризует серпентинизацию и магнетизацию исходных пород, второй подчёркивает их слюдитизацию и карбонатизацию..Анализ построенных по данным химических анализов образцов по одному из опорных горизонтов трубки Удачная дендрограмм коррелятивных связей между породообразующими компонентами (с учётом некоторых редких компонентов) позволил сделать следующие выводы: а) наблюдается более тесная связь магнезии с водой и менее тесная – с кремнезёмом, что вызвано присутствием, кроме серпентина, ещё и свободного гидроксида магния – брусита; б) выявлены коррелятивные связи второстепенных компонентов, таких как TiO₂  и  P₂O₅  и более слабые с MnO; в) со всем предыдущим комплексом  компонентов слабо связаны оксиды железа, что свидетельствует о некоторой независимости процесса магнетитообразования от серпентинизации исходных пород; г)  совершенно отделены от предыдущих все остальные компоненты, что свидетельствует об отсутствии прямой связи их возникновения с бруситизацией и серпентинизацией исходных пород; д) корреляционные связи глинозема с оксидом калия указывают на образование ими слюд, а извести с диоксидом углерода – на образование ими кальцита. Оксид натрия, возможно, связан с распылённым по породе шортитом, а слабая связь SO₃ и кальция свидетельствует об образовании сульфатов (в первую очередь гипса). По-другому осуществляются корреляционные связи между компонентами в кимберлитах трубок Комсомольская и Краснопресненская, значительная часть которых претерпела радикальные изменения под влиянием внедрившейся основной магмы с образованием мощных почти горизонтальных долеритовых силлов с более мелкими апофизами. Расчёты были проведены по пробам, отобранным по вертикали для всего кимберлитового тела и отдельно для родингитовой зоны. Характерные особенности распределения компонентов по корреляционным связям таковы: а) как и в трубке Удачная, наблюдается тесная связь оксида кальция с СО₂, что подтверждает образование ими кальцита; б) в этот же пакет входят щёлочи, а в родингитов ещё Р₂О₅ и вода, которым свойственна хотя и незначительная, но всё же положительная связь с карбонатом кальция; в) TiO₂ связан с Р₂О₅, а оба – с парой MgO – вода (у родингита наблюдается тесная связь оксида титана с магнезией, а также с кремний-железо-глинозёмистым слоем). Таким образом, для этих двух трубок можно сделать следующие предположения: а) несмотря на образование диопсида, основная масса извести всё же связана в карбонат; б) в процессе образования родингита фосфор сильнее тяготеет к щёлочам и отходит от титана; в) глинозём уже мало связан с щёлочами (поскольку сильно развита хлоритизация) и примыкает к кремнезёму; г) существует определённая связь оксидов железа с силикатами; д) магний коррелирует с водой, однако в приконтактовых образованиях наблюдается его более тесная связь с титаном. Отделение фосфора от титана является главным в дендрограмме родингитов по сравнению с таковой для пород, слагающих кимберлитовое тело в целом. Высокие корреляционные связи сульфидной серы  с глиноземом обьясняются преобразованием слюды в хлорит с образованием за счет освободившегося из их структуры железа, пирита и других соединений. Слюда и особенно хлорит являются малоустойчивыми минералами по сравнению с магнетитом и ильменитом. Факторный анализ позволяет установить общие черты исходных пород и проследить их изменение в процессе всех постмагматических преобразований. Всё это фиксируется по изменению корреляционных характеристик, которые отражают в значительной мере поведение каждого из породообразующих и редких компонентов в новых физико-химических условиях, в которых оказываются кимберлитовые тела после внедрения магматического расплава.

Ключевые слова: кимберлитовые трубки, магма, геодинамика, петрохимия, ультраосновные породы, корреляция, факторный анализ, постмагматические и гипергенные изменения.