Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геолого-структурные и минералого-геохимические признаки, присущие алмазоносным телам дайково-жильного типа

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Геолого-структурные и минералого-геохимические признаки, присущие алмазоносным телам дайково-жильного типа"

На правах рукописи

Шмонов Алексей Михайлович

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ И МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ, ПРИСУЩИЕ АЛМАЗОНОСНЫМ ТЕЛАМ ДАЙКОВО-ЖИЛЬНОГО ТИПА (НА ПРИМЕРЕ НАКЫНСКОГО КИМБЕРЛИТОВОГО ПОЛЯ ЯКУТИИ)

Специальность: 25.00.11 - Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

18 МАР 2015

Москва-2014

005560494

005560494

Работа выполнена на кафедре геологии месторождений полезных ископаемых в Федеральном Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серю Орджоникидзе» (МГРИ-РГТРУ).

Научный руководитель: Доктор геолого-минералогических наук,

профессор Игнатов Петр Алексеевич (МГРИ-РГГРУ)

Официальные оппоненты: Доктор геолого-минералогических наук

Гаранин Виктор Константинович Минералогический музея им. А.Е. Ферсмана РАН

Доктор геолого-минерапогических наук Зуев Владимир Миропович (АК «АЛРОСА»)

Ведущая организация: Геологический факультет Московского

государственного университета им. М.В. Ломоносова (МГУ)

Защита состоится «#» ¡¿¿АЯ 201^" г. в // часов на заседании диссертационного совета Д 002.122.02 при Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, по адресу: 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 35, ИГЕМ РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ИГЕМ РАН. Автореферат разослан (//».¿'уж 201^Т.

Ученый секретарь диссертационного совета, —

кандидат геолого-минералогических наук —' н.Н. Тарасов

Введение

Актуальность проблемы. Накынское алмазоносное поле Средне-Мархинского района Якутии относится к типу закрытых площадей для поисков коренных месторождений алмазов. Известные кимберлитовые тела не выражены в магнитом поле интенсивными локальными аномалиями, а слабая контрастность петрофизических свойств и присутствие на поисковых территориях траппов и брекчий щелочных базитов затрудняет использование геофизических методов поисков. Ввиду наличия перекрывающих отложений, применение шлихо-минералогических методов ограничено: они используются при опробовании керна скважин из базальных горизонтов перекрывающих кимберлиты мезозойских толщ. В связи с этим необходимо разрабатывать новые дополнительные методы поисков коренных месторождений алмазов.

Помимо поисков новых кимберлитовых тел, стоит вопрос об увеличении информативности процесса оценки и разведки уже открытых кимберлитовых проявлений с целью оптимизации затрат на бурение. Это особо актуально для дайковых и жильных1 тел Накынского кимберлитового поля, запасы алмазного сырья которых существенно зависят от морфологических особенностей.

В работе приведены новые данные по исследованию вмещающих кимберлиты пород и кимберлитоконтролирующих структур в породах нижнего палеозоя, результаты фотолюминесцентного, газогеохимического, изотопного, спектрального, рентгенографического анализов.

Цель работы заключалась в установлении геолого-структурных и минералого-геохимических признаков, характерных для вмещающих алмазоносные кимберлитовые тела дайкового и жильного типа породах, на примере Накынского поля. Результаты основывались на палеоструктурной реконструкции и минералого-геохимических анализов, указанных выше.

Согласно поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выделение структур, вмещающих различные жильные и дайковые тела кимберлитов, на основе количественного анализа тектонических признаков;

2. Сравнение интенсивности тектонических признаков в различных по масштабности структурах;

3. Анализ спектрограмм фотолюминесценции кальцитов;

4. Анализ фотолюминесцентных ореолов кальцита и выявление их связи с кимберлитами;

5. Анализ распределения импрегнированного углекислого газа во вмещающих кимберлиты породах Накынского поля.

Существо работы отражено в следующих защищаемых положениях:

¡.Количественный анализ распределения микротектонических признаков показал, что линейные параметры кимберлитовых даек и жил прямо связаны с интенсивностью сдвиговых смещений и соотношением растяжения и сжатия.

2. Анализ спектров фотолюминесценции (ФЛ) прожилковых кальцитов позволил выделить спектры с красной и голубой ФЛ, ореолы которых

'В практике геологоразведочных работ на коренные месторождения алмазов принято различать кимберлитовые дайки и жилы в зависимости от их мощности.

3

телескопируются с проявлениями эруптивных образований, включая кимберлиты, на иерархических уровнях кустов и тел разного размера.

3. Впервые выявлены ореолы высокотемпературного углекислого газа во вмещающих породах дайково-жильных тел кимберлитов и установлена их связь с кимберлитовмещающими структурами.

Фактический материал. В основу диссертации положен фактический материал, собранный автором и его предшественниками во время полевых и камеральных работ по результатам специализированной документации керна поисковых, оценочных и разведочных скважин в Накынском кимберлитовом поле Якутии под руководством проф. П.А. Игнатова в рамках хоздоговорных работ с БГРЭ и НИГП АК «АЛРОСА» в период с 1998 по 2014 гг.

В работе была использована документация более 2500 скважин, изученных П.А. Игнатовым, Я.И. Штейном, К.Ю. Бушковым, К.В. Новиковым (МГРИ-РГГРУ), Р.В. Еремеевым (ЯНИГП ЦНИГРИ) и автором.

Автором задокументировано более 17 тысяч погонных метров керна. Также проведены фотолюминесцентные исследования более 700 образцов кальцита, по 200 из которых автором измерены спектры фотолюминесценции. Для газогеохимических исследований проанализированы в ЦНИГРИ около 300 образцов из авторской коллекции нижнепалеозойских пород Накынского поля. Использованы данные изотопного (более 100 определений состава углерода и кислорода) и рентгеноструктурного (порядка 70 образцов) анализов. Изучены и описаны 50 шлифов. В работе также использованы опубликованные и фондовые материалы по теме диссертации. Обработка данных и построение картографического материала проводились с использованием современных геоинформационных программных продуктов, таких как ОеоУ1а Биграс™, DraftSight®, ЕвпАгсаЗ и ОепэкуСак.

Научная новизна. В результате проведенных исследований впервые получены следующие научные результаты:

1. Показана возможность выделения локальных участков для поисков кимберлитовых тел на основе «взвешивания» различных минералогических, тектонических и магматических признаков на плотность изученности буровыми скважинами.

2. Выявлена зависимость интенсивности проявления в кимберлитовмещающих породах микротектонических нарушений и минеральных новообразований от масштаба структур, вмещающих дайковые и жильные тела кимберлитов.

3. Установлена связь ореолов кальцитов с красной и голубой фотолюминесценцией с проявлениями эруптивного магматизма, включая кимберлиты.

4. По спектрам фотолюминесценции прожилковой минерализации выявлены кальциты, генетически связанные с проявлениями глубинного магматизма (кимберлиты и эруптивые брекчии щелочных базитов).

5. Выявлены ореолы импрегнированного высокотемпературного углекислого газа во вмещающих кимберлитовые тела породах и установлена их связь с кимберлитоконтролирующими структурами.

Практическая значимость работы заключается в следующих основных положениях.

Во-первых, в разработке новых методических приемов:

- детальных палеоетруктурных построений на количественной основе по данным картирования микротектонических нарушений, зафиксированных в керне поисковых и разведочных скважин, которые позволяют охарактеризовать сдвиговые структуры, в которых локализованы различающиеся по размерам кимберлитовые жилы и дайки;

- использования газогеохимических анализов импрегнированных газов, которые позволили выявить околокимберлитовые ореолы высокотемпературного С02;

применения спектрального анализа и картирования спектра фотолюминесценции вторичных кальцитов для выявления телескопированных ореолов красной и голубой ФЛ, связанных с кимберлитами и проявлениями щелочных базитов.

Во-вторых, в работе обосновано выделение локального участка, перспективного на обнаружение алмазоносных кимберлитов, расположенного в центральной части Накынского поля в 1,5 км к югу от Майского месторождения. В пределах участка Озерного по результатам исследований сделан прогноз на обнаружение скрытых алмазоносных кимберлитовых жил на юго-западном продолжении известного кимберлитового тела.

Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на различных Международных, Всероссийских научных конференциях в период с 2010 по 2014 гг. Все материалы конференций опубликованы в качестве тезисов докладов.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 15 работах, в том числе в 5 статьях из перечня реферируемых журналов ВАК и в 10 тезисах докладов.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 121 страницы состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 58 рисунков, 11 таблиц и список литературы, включающий 106 наименований.

Благодарности. Автор выражает благодарность профессорско-преподавательскому составу МГРИ-РГГРУ, всем, кто оказывал помощь, поддержку и содействие в проведении исследований, подготовке работы и, в первую очередь, своему руководителю профессору П.А. Игнатову, а также канд. г.-м. н. К.В. Новикову.

Автор признателен руководству и сотрудникам БГРЭ и НИГП АК «АЛРОСА» (ЗАО), при поддержке и финансировании которых проводились полевые и лабораторные исследования. Кроме того, автор выражает благодарность к.г.-м.н. С.Г. Кряжеву, к.г.-м.н. В.А. Рассулову, к.г.-м.н. А.Г. Николаеву за помощь в проведении аналитических исследований, компании ООО «Дассо Систем Джеовия РУС», за всестороннюю помощь, в том числе, за возможность использования программного обеспечения.

Отдельно хотелось бы поблагодарить свою супругу Е.А. Шмонову за ценные советы, всевозможную помощь и поддержку. Создание работы было бы невозможно без конструктивной критики, технической помощи, содействия коллег, которые внесли существенный вклад в написание диссертации: М.Г. Шмонова, B.C. Лебедева, И.Д. Васильева, Г.Н. Пилипенко, А.А. Верчебы,

5

Р.В. Красникова, А.К. Корсакова, A.M. Портнова, П.Н. Шмоновой, Д.М. Шмонова.

Глава I. Краткая геологическая характеристика Накынкого кимберлитового поля

Накынское кимберлитовое поле входит в состав Средне-Мархинского алмазоносного района Якутской алмазоносной провинции (ЯАП), занимающей центральную часть Восточно-Сибирской платформы.

В строении осадочного чехла Накынского кимберлитового поля выделяется два структурных яруса. Нижний представлен карбонатной толщей кембрийско-ордовикского возраста, вмещающей кимберлиты и траппы, верхний -перекрывающей терригенной толщей мезозоя и кайнозоя. Мощность перекрывающей толщи составляет от 40 до 100 м и более.

Магматические образования в Накынском кимберлитовом поле представлены траппами, кимберлитами и эруптивными брекчиями базитов.

В Накынском поле кимберлитовые тела имеют различную морфологию (рис. 1). В настоящее время известны: трубки Ботуобинская и Нюрбинская; дайковидное Майское тело; Мархинское тело, сложенное серией кимберлитовых даек; два жильных проявления: Д-96 и Озерное.

Все известные кимберлитовые тела Накынского поля локализованы в правосдвиговом Диагональном рудовмещающем разломе.

тр. Нюрбинская тр. Ботуобинская

Рис. 1. Морфология и размеры кимберлитовых тел Накынского поля

Глава 2. Выделение структур, вмещающих кусты и тела кимберлитов

Глава посвящена исследованию структур, вмещающих жильные и дайковые кимберлитовые тела, с помощью количественного анализа признаков кимберлитоконтролирующих структур, выявленных в керне.

Анализируемые признаки фиксируются при специализированной

документации керна скважин и подразделяются на тектонические, минералогические, собственно магматические и флюидомагматические (флюидизитовые) [Бушков, 2006, Новиков, 2010, Штейн, 1997]. Среди тектонических признаков выделены подгруппы (рис. 2).

Рис.2. Тектонические нарушения, фиксируемые в керне вмещающих пород

При анализе распределения этих признаков на масштабном уровне рудного поля (1:100 000 - 1:50 000) основной проблемой является неравномерная сеть бурения. Так, за счёт участков с более густой сетью наблюдений может создаться иллюзия множественности проявлений какого-либо признака.

Для анализа целесообразно использовать площадное распределение признаков. Объёмные модели распределения признаков целесообразно применять только для анализа морфологии тел и собственно рудовмещающих структур, когда проведено разведочное наклонное бурение, где скважины проходят карбонатные породы осадочного чехла глубиной до нескольких сотен метров.

Существует ряд методик, позволяющих минимизировать влияние дифференцированной плотности сети бурения. Автором была выбрана методика, основанная на рассмотрении доли скважин с наличием признака на единицу площади.

По указанной методике была построена схема соотношения признаков сжатия и растяжения для центральной части Накынского поля (рис. 3). В зоне Диагонального рудовмещающего разлома также выявлены участки с преобладанием признаков сжатия и растяжения, при этом алмазные месторождения Ботоубинской и Нюрбинской трубок и Майского тела локализованы в местах растяжения.

В целом центральная часть Накынского поля находится в зоне регионального сжатия. Кимберлитовые тела локализованы в участках локального растяжения в сдвиговом Диагональном разломе [Бушков, 2006]. Все изучаемые кимберлитовмещающие структуры имеют пересечение с другими разломами, что считается благоприятным для локализации кимберлитов [Гладков, Кошкарев, 2014]. Это находит подтверждение по результатам проведенного анализа

взвешивания признаков растяжения и сжатия на единицу площади и согласуется с теорией тектонических сдвиговых условий возникновения эндогенных месторождений [Старостин, 2012].

Рис. 3. Соотношение признаков сжатия и растяжения в центральной части Накынского поля.

Цветовой шкалой показано количественное отношение признаков в относительных единицах: «1» - все скважины в ячейке имеют признаки растяжения без признаков сжатия; О-в ячейке признаки растяжения и сжатия имеют равное количество, либо отсутствуют; «-1» - все скважины ячейки имеют признаки сжатия без признаков растяжения.

Весьма значимым при поисковых работах является вопрос мощности и протяженности дайково-жильных кимберлитовых тел. От этого зависит и объём запасов, и экономическая целесообразность разработки объектов этого типа. Кроме того, для дайково-жильных тел характерны раздувы, которые могут существенно прирастить запасы на месторождениях. Такую оценку можно получить путем анализа и сравнения характеристик рудоконтролирующих структур уже известных кимберлитовых тел. Для этого проведена сравнительная количественная оценка характеристик рудоконтролирующих структур дайковых и жильных тел кимберлитов: Озерного, Майского и Мархинского.

Все указанные кимберлитовые тела изучены наклонными скважинами с различной плотностью сети бурения. Кроме того, они изучены на разную глубину, поэтому сравнивать количественно эти участки напрямую не корректно, в связи с

"8

чем для каждого из рассматриваемых участков кимберлитовых тел (Майского, Мархинского и Озерного) рассчитано количество признаков на погонный метр керна. Общее количество зафиксированных на участке признаков нормировалось на суммарную длину изученного керна. Таким образом, было получено количество признаков на погонный метр керна (плотность признаков). Такой подход позволяет снизить влияние неравномерности изученности.

В исследование вовлечены данные по 96 наклонным и вертикальным скважинам общей длиной порядка 10 тысяч пог. м (табл.1). Все скважины вскрывают осевые швы Диагонального разлома, в которых локализованы кимберлитовые тела, что позволило сравнить детали строения рудовмещающего нарушения на разных участках.

Таблица 1

Параметры Майское Озерное Мархинское

Количество вертикальных скважин 9 5 13

Количество наклонных скважин 30 19 20

Общее количество изученных скважин 39 24 33

Изученность вмещающих пород,пог. м 4414 1828,5 3458,5

Тектонические признаки анализировались по группам, характеризующим растяжение, сжатие, сдвиговые смещения. Для этого в рамках одной группы количества признаков на погонный метр суммировались. Основные результаты расчета плотности тектонических признаков по рудовмещающим структурам разных дайково-жильных тел показаны на рис. 4.

При интерпретации расчетов необходимо учитывать два обстоятельства. В случае достаточно крупных тел, например Майского, зоны растяжения и соответственно их признаки заполнены кимберлитовым материалом. Кроме того, различные признаки сжатия и растяжения проявляются при разной интенсивности тектонического воздействия, поэтому имеют разный информационный вес.

По полученным количественным показателям рассматриваемые тела, разные по форме и размерам, отчетливо различаются по тектоно-динамическим параметрам.

Рудовмещающая структура Мархинского тела характеризуется наибольшей плотностью сдвиговых микросмещений, что свидетельствует о наличии здесь интенсивных сдвиговых движений. Оно локализовано в структуре преобладающего сжатия, поэтому мощность жил не велика и составляет по большей части 1-2 м, за исключением одного раздува до 18 м. Этот и другие раздувы кимберлитов Мархинского тела связаны с локальными неоднородностями внутри вмещающей его структуры [Бушков, 2006, Новиков, 2010].

Интенсивность сдвиговых смещений в рудовмещающей структуре Майского тела меньше, чем в структуре Мархинского, что указывает на удаление от «эпицентра» сдвиговых деформаций. Относительно большая мощность Майского тела определяется существенно преобладающим растяжением, что подтверждает локализацию Майского тела в зоне присдвигового растяжения - pull-apart или duplex [Игнатов и др., 2008].

Показатели Майское Мархинское Озёрное

Морфология тела Дайка Система жил / / Жила у/

^ 400 м ! 25 м

Максимальная мощность, м £50 а 18 £5 II !

ст.. Ц J

Длина тела, м -430 -2000 -100

С _1 fí 1

Тектонические параметры рудоконтролирующей структуры

Сдвиговые смещения 0,009 0,019 0,003 □

Растяжение 0,041 0,026 0,025

—— i

Сжатие 0,020 0,038 0,019

^ _____

Разность признаков растяжения и сжатия 0,022 -0,012 0,006

1 fcii i i J m i []

Рис. 4. Плотность проявления тектонических признаков в рудовмещающих структурах дайково-жильных кимберлитовых тел Накынского поля

Малая мощность Озерного рудопроявления определяется слаборазвитыми проявлениями сдвиговых смещений, а также малым преобладаем растяжения над сжатием внутри структуры, что, очевидно, соответствует зоне окончания шва Диагонального разлома.

Приведенная характеристика дает общее представление о рудовмещающей структуре и позволяет судить о ее типе, но не дает представлений о закономерностях распространения локальных участков сжатия, растяжения и общей трещиноватости. Поэтому важно проанализировать площадное распределение различных тектонических признаков.

Для этого был выбран метод нормировки признаков на погонный метр скважины. Данные по наклонным скважинам были разделены на равные интервалы, в которых проведено взвешивание признаков. Площадной анализ подтвердил полученные интегральные данные по структурам и позволил уточнить

детали их строения (рис. 5). Так, Мархинское рудопроявление, находясь в зоне преобладающего сжатия, имеет локальные раздувы, связанные с зонами, где преобладают признаки растяжения (рис. 5А). Майское кимберлитовое тело практически полностью локализовано в зоне преобладающего растяжения, а его раздувы соответствуют особенностям морфологии области растяжения рудовмещающей структуры (рис. 5Б). Для Озерного тела, локализованного в зоне сдвигового окончания, таких четких закономерностей нет, что, вероятно, связано со слабыми сдвиговыми смещениями (рис. 5В).

035 __0 _ 0-30

растяжение сжатие

Рис. 5. Соотношение признаков сжатия и растяжения на изучаемых объектах:

А - Мархинское. Б - Майское, В - Озерное кимберлитовые тела. Цветовой шкалой показано распределение сил сжатия и растяжения. О - силы сжатия и растяжения равны, оттенки синего - преобладание растяжения, оттенки красного -преобладание сжатия.

Зеркала скольжения показаны значком®. Точками показаны центры расчетных интервалов. Единицы измерения: шт/п.м.

Вышеизложенный материал позволил обосновать первое защищаемое положение: количественный анализ распределения микротектонических признаков показал, что линейные параметры кимберлитовых даек и жил прямо связаны с интенсивностью сдвиговых смещений и соотношением растяжения и сжатия.

Глава 3. Фотолюминесцентный анализ вторичных кальцитов

Вопрос об использовании фотолюминесценции кальцитов как индикаторов околотрубочного пространства впервые был поставлен во второй половине 90-х годов прошлого века работами П.А.Игнатова, А.Г. Бушева, Н.Н.Зинчука и др. [Игнатов и др., 1995, 1997, Штейн, 1997, Бушев и др., 1998].

В магматических образованиях и вмещающих их породах нижнего палеозоя Накынского поля широко развиты постмагматические гидротермальные минеральные образования, представленные в основном вторичной прожилковой минерализацией кальцита, доломита, барита, целестина, кварца, пирита, сфалерита и минералами скарноидов. Кальцит - наиболее распространенный минерал в Накынском кимберлитовом поле, пригодный для фотолюминесцентного анализа.

Источники образования кальцитов различны. Необходимо разделять диагенетические и катагенетические кальциты, кальциты, связанные с проявлениями траппового и эруптивного магматизма, в том числе кальциты, связанные с кимберлитами.

По данным площадного картирования установлена связь кальцитов с красной фотолюминесценцией (ФЛ) и эндогенных образований, в том числе проявлений траппов и кимберлитов [Бушков, 2006, Игнатов и др.,2000, Новиков, 2010, Штейн, 1996].

Изучены спектры фотолюминесценции вторичных кальцитов. По ним и рентген-флюоресцентным анализам и ЭПР-спектрам монофракций кальцитов с определенными цветами люминесценции удалось установить, что желтая, фиолетово-красная, розовая, оранжевая и красная ФЛ обусловлены изоморфной примесью Мп2+ в количестве более 700-1000 г/т [Штейн, 1996]. Позже было показано, что голубая ФЛ обусловлена примесью У и, возможно, Еи2+, которые связаны с проявлениям глубинного магматизма [Игнатов, 2010, Новиков, 2010].

Несмотря на достаточно большой объем исследований по ФЛ кальцитов существуют не решенные вопросы, имеющие практический интерес.

Исследования, приведенные в данной главе, посвящены выделению критериев проявления флюидного магматизма, определению элементов-люминогенов вторичных кальцитов, связанных с эруптивным магматизмом, сравнительному анализу методик спектрального и качественного анализа ФЛ кальцитов.

Всего проанализировано более 700 образцов кальцита. Площадь исследования охватывает практически всю центральную часть Накынского поля с неравномерным распределением по ней.

Результаты качественного анализа ФЛ кальцитов существенно дополнены спектральными исследованиями.

Выводы основаны на результатах анализов спектров по 170 образцам кальцитов. Пробы представлены кальцитами из ближайшего околокимберлитового пространства (метры, десятки метров) Нюрбинского и Майского месторождений, рудопроявления Озерное, и кальцитами из пород нижнего палеозоя, достаточно удаленными от известных кимберлитов (сотни метров, первые километры).

Сравнительный анализ полученных спектров ФЛ подтвердил их типизацию по цветам люминесценции, принятую на основании качественного анализа

12

[Игнатов и др. 2008, 2011; Бушков, 2006] - белый, красный, желтый, голубой и фиолетовый. На основании спектрального анализа в дополнение к имеющейся типизации в каждой группе были выявлены кальциты с разным типом спектрограмм. Выделено от одной до трех подгрупп в каждой цветовой группе.

Среди прочих разновидностей стоит выделить кальциты с голубой и красной фотолюминесценцией, обладающих спектрограммами с ярко выраженными локальными экстремумами второго порядка.

Ранее было доказано, что основным люминогеном в кальцитах является марганец [Штейн, 1996, Игнатов и др.,2000], однако выявленные локальные экстремумы показывают дополнительные элементы-люминогены (рис. 6).

локальных экстремумов спектров ФЛ

Установлено, что кальциты, локализованные внутри кимберлитовых тел, помимо основных люминогенов (кислорода и марганца) содержат незначительные количества редкоземельных центров излучения [Зинчук, 2000; Таращан, 1978]. Кроме того, видно, что в кальцитах с разными цветами люминесценции полосы ФЛ РЗЭ в целом не отличаются. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что при кристаллизации из гидротермальных растворов, генетически связанных с флюидным магматизмом, кальцит захватывал незначительное количество редкоземельных элементов, таких как церий, диспрозий, самарий, европий, тербий, эрбий и, возможно, других РЗЭ.

Площадное положение кальцитов с мелкими экстремумами редкоземельных элементов на участке Озерном в целом подтвердило эту гипотезу. Однако,кроме кимберлитов по пикам выделяются области, связанные с распространениями брекчий щелочных базитов и других флюидизитов, которые по ряду признаков генетически могут быть связаны с проявлениями кимберлитов [Игнатов и др., 2010, Новиков, 2010, Коробков, 2014].

По данным И.Г.Коробкова, кимберлиты и брекчии щелочных базитов пространственно и генетически связаны [Коробков и др., 2013, Коробков 2014]. Вероятно, именно в связи с этим на данном этапе не представляется возможным отличить брекчии щелочных базитов от кимберлитов по фотолюминесцентным данным.

Кроме того, стоит выделить кальциты с белой люминесценцией, имеющей высокую интенсивность. Спектрограмма таких кальцитов соответствует голубому (синему) спектру, и, по сути, таким и является, но обладает слишком яркой светимостью, и человеческий глаз воспринимает такое свечение как белое.

0 250 500 1 ООО м

1_I_1- I I 1 I_1—1

Спектрограммы этого типа, так же как и спектрограммы кальцитов с голубыми цветами ФЛ, осложнены мелкими экстремумами, связанными с редкоземельными элементами.

В связи с вышесказанным, по спектрам можно уверенно выделить голубую люминесценцию, как показатель флюидного магматизма в Накынском кимберлитовом поле. Кроме нее с магматической активностью связана и красная ФЛ [Бушков, 2006]. Поэтому можно сделать предположение о перспективности участков наложения ореолов распространения кальцитов с красной и голубой фотолюминесценцией в зоне влияния Диагонального рудоконгролирующего разлома.

В местах наложения распространения кальцитов с указанными цветами ФЛ локализованы все известные тела кимберлитов (рис.7).

Рис. 7. Участки телескопирования ореолов кальцитов красной и голубой ФЛ и положение Ботуобинского, Мархинского и Майского

кимберлитовых тел. 1 - ореолы распространения кальцитов с голубой ФЛ; 2 - ореолы распространения кальцитов с красной и розовой ФЛ; 3 -кимберлитовые тела; 4 - проявления брекчий щелочных базитов; 5 - разломы; 6 — зоны крупных разломов

Рис 8. Перспективный участок на обнаружение кимберлитового тела по данным анализа фотолюминесценции кальцитов в Накынском кимберлитовом поле. Условные обозначения см. к рис. 7.

Анализ распространения кальцитов красной и голубой ФЛ в зоне влияния Диагонального разлома позволил выделить новый перспективный участок, расположенный в 2.5 км южнее Майского месторождения (рис 8). Он в настоящее время изучен по относительно редкой для Накынского кимберлитового поля сети

бурения.

На основе выше приведенных фактов можно сделать следующие выводы:

> Телескопирование ореолов кальцитов с красной и голубой ФЛ в зоне влияния рудоконтролирующих разломов позволяет выделить узлы локализации проявления глубинного магматизма.

> Спектры ФЛ кальцитов в каждой цветовой категории разделяются по форме спектрограмм и интенсивности свечения.

> По особенностям строения и деталям формы спектрограмм можно определить источник люминогенов в кальците.

> Коротковолновые спектры, как правило, представляют фиолетовые цвета ФЛ и определяются присутствием органического вещества.

> Для кальцитов с голубой, красной и желтой люминесценцией основными люминогенами являются Мп2+, источниками которого служили глубинные воды и флюиды, и О*. Кроме того, по спектрограммам выделяются кальциты с примесью РЗЭ, которые указывают на связь с проявлениями глубинного магматизма, в том числе кимберлитового.

> Кальциты с белым цветом люминесценции разделены на три основные группы: фоновые - практически не люминесцирующие, средние и «белесо-голубые», ФЛ которых по длине волны относится к голубой, но имеет слишком высокую интенсивность свечения и при качественном анализе определяется как белая. В большинстве случаев такие спектры осложнены мелкими экстремумами, связанными с люминогенами - РЗЭ.

> Помимо цвета люминесценции желательно измерять спектры ФЛ для определения связи цвета с его источниками и разделения цветов люминесценции по группам, что особенно актуально для кальцитов с белой ФЛ.

Проведенные исследования позволили сформулировать второе защищаемое положение: Анализ спектрограмм фотолюминесценции прожилковых кальцитов позволил выделить спектры с красной и голубой ФЛ, ореолы которых телескопируются с проявлениями эруптивных образований, включая кусты и тела кимберлитов.

Глава 4. Ореолы импрегнированного углекислого газа Майского месторождения и Озерного рудопроявления алмазов

В кимберлитах некоторых трубок Якутии установлены концентрации легких углеводородов и углекислого газа [Кряжев, 2006, 2008, 2011,2013; Кондратов и др., 2005]. Углеводороды содержатся в кимберлитах в несколько повышенных концентрациях относительно фона, а содержания С02 могут его превышатьв разы. Это позволило предположить повышенные содержания этих газов в околокимберлитовом пространстве, что и было зафиксировано [Кряжев, 2012, 2013]. При этом практически не выявлены форма, размеры и внутреннее строение этих ореолов. Решению данной задачи, которая, несомненно, имеет практическое поисковое значение, посвящены результаты исследований, изложенные в данной главе.

На основании проведенных исследований автор предполагает механизм захвата газового С02 в породу при частичной перекристаллизации с последующей импрегнацией этих газов, что похоже на механизм образования газово-жидких

включений в минералах.

По результатам исследований [Игнатов, 1999; Наумов и др., 2012], среди газовых включений минералов, в том числе и карбонатных (Накынского поля), преобладает С02, а жидких - преимущественно НгО, что согласуется с теоретическими данными о механизме захвата газов С02 в Накынском кимберлитовом поле.

Для анализа отбирались однотипные по составу и генезису образцы из керна поисковых, разведочных и оценочных скважин через каждые 10-15 м из нижнепалеозойских пород. Штуфы не имели видимых трещин, пор и каверн или каких-либо других нарушений сплошности породы. В образцах не было видимой примеси или примазок органического вещества и минеральных новообразований.

Дегазация и газовая хроматография производилась после ввода пробы в реактор, предварительно нагретый до 450°С.

Для определения фоновых значений использовались скважины, находящиеся на относительно большом удалении от известных разломов и с минимальными проявлениями минералов гидротермального происхождения, в которых вероятно минимальное влияние дегазации магматических образований. Фоновое значение импрегнированного С02 составило 42.4мл/кг, при этом минимальное аномальное значение С02 составило 66.1 мл/кг.

Исследования проводились на участках месторождения Майское, рудопроявлении Озерное и поисковом участке Россыпной.

Пробы из пород верхнего кембрия и ордовика для газогеохимического анализа на Майском месторождении были отобраны из керна разведочных скважин до глубины 276 м. Сеть отбора проб неравномерная. Сеть опробования на Озерном рудопроявлении относительно равномерная и более плотная по сравнению с Майским месторождением. Максимальная глубина отбора меньше и достигает 170 м.

На участке Россыпном также опробовались оолитовые известняки и доломиты нижнего ордовика из поисковых вертикальных скважин. Здесь пробы отбирались из единичных скважин, расположенных равномерно на достаточно обширном участке.

Результаты определений СО?

Майское МесторождениеЛипичное распределение значений по вертикали по разведочным скважинам Р-1/1 и Р-8/4 приведено на рис. 9. Эти скважины вскрыли вмещающие породы с северо-западного (Р-1/1) и северо-восточного (Р-8/4) флангов дайкового тела кимберлитов. Максимальная концентрация С02 составила 1688.5 мл/кг.

В обоих разрезах повышенные содержания С02 наблюдаются на удалении в первые метры от кимберлитов.

С целью выявления особенностей распространения углекислого газа в объеме произведено трехмерное моделирование распределения С02 в околокимберлитовом пространстве с использованием горно-геологического программного обеспечения Geovia Surpac и его модуля Dynamic Shells.

СО:„мл/кг 250 450 600

СОД СО;,мл/кг

50

Рис. 9. Распределение содержаний С02 по вертикали и относительно кимберлитов, а - скв Р-1/1, б - скв Р-8/4

70 90110 130 150 170 -190 210 230

. 250 го

i 270 -О

С 290 -( 310 330 -350 370

450 600

1688 ♦

У-S

с.

CL

CU

ю 5

Установлено, что морфология газогеохимической аномалии во вмещающих породах корреспондируется с формой кимберлитовой дайки и рудовмещающими разломами, что показано на погоризонтных планах и профиле, созданных из 3D модели (рис. 10).

Совмещение газовых ореолов с рассчитанной суммарной трещиноватостью дали высокую сходимость по предполагаемой уточненной структуре (рис. 11).

Рудопроявление Озерное. Распределение импрегнированного углекислого газа во вмещающих породах по вертикали на Озерном рудопроявлении, как и на Майском месторождении, наблюдается понижение содержаний около контактов с кимберлитами, повышение на небольшом удалении от контакта и далее уменьшение до фоновых значений. Однако, следует отметить существенно более низкие концентрации импрегнированного газа (до 200 мл/кг).

Также, как и для Майского месторождения, для Озерного рудопроявления при помощи указанного выше программного обеспечения построена трехмерная модель содержаний С02 в околокимберлитовом пространстве. На ее основе показано распределение значений по трем уровням, сверху вниз на абсолютных отметках 125 м, 100 м и 60 м (рис. 12).

Эти материалы иллюстрируют локальные концентрационные аномалии линейного типа, которые в целом согласуются с рудовмещающим Диагональным разломом. Также следует подчеркнуть, что на плане с абсолютной отметкой 60 м повышенные концентрации С02 выявлены на юго-западе структуры. А выше, на уровнях 100 м и 125 м они установлены на северо-востоке зоны нарушения.

Рис. 10. Изолинии содержаний С02 во вмещающих карбонатных породах на Майском месторождении: а - горизонт 150, б — разрез. 1 - контур кимберлитового тела на соответствующем горизонте или разрезе, 2 - минимальное аномальное содержание ССЬ (66 мл/кг). 3 - изолинии (мл/кг) содержаний импрегнированного СО2, 4 - положение разведочных скважин (на разрезе).

о 066

—ИЩ I I : : И»——

Рис. 11. Сопоставление газового ореола СО2 и суммарной трещиноватости на Майском месторождении. Условные обозначения см. к рисунку 10. Цветовой шкалой показано распределение удельной суммарной трещиноватости (ед/п.м.)

Гор. 100, 6 # /ш У /1../ 't> U ,/ / /

/ (

/ \

1

м /

Рис. 12. Изолинии содержаний С02 на Озерном рудопроявлении по горизонтам: а - горизонт 125, б -горизонт 100, в - горизонт 60. 1 - контур кимберлитового тела на соответствующем горизонте, 2 — минимальное аномальное содержание С02 (66 мл/кг), 3 - изолинии (мл/кг) содержаний импрегнированного СОг

Полученные тренды распределения импрегнированного углекислого газа на участке Озерного рудопроявления похожи на отмеченные тренды Майского месторождения.

Отличия заключаются в двух моментах. Во-первых, абсолютные значения содержаний С02 на Озерном рудопроявлении значительно меньше, чем на Майском месторождении. Во-вторых, на Озерном рудопроявлении имеет место меньшая контрастность ореола. Эти отличия согласуются, прежде всего, с разными размерами тел кимберлитов. Майская кимберлитовая дайка во много раз по мощности превышает тело Озерного участка. О протяженности последнего говорить пока рано, поскольку оно находится на стадии оценки.

Участок Россыпной расположен в центральной части Накынского кимберлитового поля. Редкая сеть опробования и неглубокие поисковые скважины не позволили анализировать данные в трехмерном пространстве.

Однако достаточно обширная площадь данного участка позволила выделить здесь несколько локальных зон, по значениям импрегнированного С02 в карбонатных породах. Среди них можно выделить участки с фоновыми, аномальными и повышенными значениями. Фоновые значения характерны для зон, в которых не отмечены признаки магматизма и тектоники. Повышенные и аномальные значения характерны для зоны Диагонального разлома, и для скважин, вскрывших гидротермальные прожилки, а также аномальные значения попадают в зоны Ботуобинского и Дяхтарского разломов, в которых локализованы силлы и дайки траппов и тела эруптивных брекчий базитов.

Таким образом, установлено, что повышенная концентрация импрегнированного С02 во вмещающих осадочных породах связана с проявлениями траппового и кимберлитового магматизма.

На основании проведенных исследований получены первые данные по концентрационным ореолам углекислого газа вокруг кимберлитовой дайки Майского месторождения и кимберлитовых жил Озерного рудопроявления. Ширина ореолов и существенная разница в максимальных содержаниях соответствуют мощностям кимберлитовых тел. На обоих участках распределение содержаний С02 согласуется с положением рудовмещающих структур и, прежде всего, с Диагональным разломом.

Строение ореолов сложное. Отмечается неравномерность в плане и по разрезу. Пониженные значения содержания С02 на первых метрах экзоконтакта кимберлитов объясняются воздействием газа, импрегнированного при значительно более высоких температурах, и при температуре дегазации 450°С газовые включения не высвобождаются. Дальнейшее повышение до максимальных значений и последующее снижение можно объяснить снижением температур углекислого газа на удалении от кимберлитового расплава. Аномальные и повышенные содержания С02 также установлены в зонах разломов, вмещающих дайки и эруптивные брекчии основного состава и гидротермальную минерализацию. Диагностика ореолов С02, связанных исключительно с кимберлитами, требует дальнейших исследований.

На основании полученных результатов по газогеохимическому исследованию околокимберлитового пространства сформулировано третье защищаемое положение: Впервые выявлены ореолы высокотемпературного углекислого газа во вмещающих породах дайково-жилъных тел кимберлитов и установлена их связь с кимберлитовмещающими структурами.

Заключение

В представленной работе решены поставленные задачи и получены следующие результаты:

1. Дайковые и жильные тела кимберлитов локализованы в разных структурных узлах Диагонального рудовмещающего разлома. Кимберлиты рудопроявления участка Озерный локализованы в окончании шва Диагонального сдвигового нарушения; Майское тело - в зоне присдвигового растяжения (pull-apart или duplex); Мархинское тело — в зоне преобладающего сжатия с относительно большими сдвиговыми смещениями.

По результатам анализа плотности тектонических, флюидомагматических и минералогических признаков, откартированных в ходе специальной документации керна вертикальных и наклонных скважин на участках Майского, Мархинского и Озерного кимберлитовых тел Накынского поля, впервые получены количественные характеристики структур, вмещающих различные по размерам алмазоносные тела. Показана различная интенсивность сдвиговых смещений и соотношения локальных зон сжатия и растяжения. Установлена прямая связь раздувов кимберлитовых тел с локальными зонами растяжения. Полученные данные могут быть использованы для интерпретации кинематики структур и локального прогноза неизвестных кимберлитовых тел.

20

2. Проведен качественный и спектральный анализы фотолюминесценции прожилковых кальцитов. По анализу спектров ФЛ впервые выявлена генетическая связь прожилковых кальцитов из пород нижнего палеозоя, обладающих голубой и красной ФЛ, с проявлениями флюидного магматизма в виде эруптивных брекчий базитов и кимберлитов. Такие кальциты имеют центры ФЛ, выраженные на спектрограммах локальными экстремумами второго порядка, обусловлены примесью редкоземельных элементов.

По спектральному анализу ФЛ уточнена группировка кальцитов по цветам люминесценции, что особо актуально для ФЛ белого цвета.

3. Впервые во вмещающих дайковые и жильные кимберлитовые тела породах нижнего палеозоя выявлены газовые ореолы импрегнированного С02. Показана связь этих ореолов со структурами, вмещающими кимберлиты Майского месторождения и его морфологией.

Существо решения приведенных трех задач отражено в защищаемых положениях диссертации.

Практическое значение предложенных решений заключается, во-первых, в разработке новых методических приемов детальных палеоструктурных построений, использовании газогеохимических анализов импрегнированных газов, спектральному анализу и картированию ФЛ. Во-вторых, в работе обосновано выделение локального участка, перспективного на обнаружение алмазоносных кимберлитов, расположенного в центральной части Накынского поля, а также в пределах участка Озерного по результатам исследования сделан прогноз о перспективе обнаружения скрытых алмазоносных кимберлитовых жил на юго-западном продолжении известного кимберлитового тела.

Результаты расчетов и построений по предложенным в диссертации методикам могут стать дополнительными критериями при локальном прогнозе коренных месторождений алмазов. Их применение, в комплексе с классическими методами, позволит повысить эффективность поисковых, оценочных и разведочных работ.

При комплексном подходе применения предложенных методик необходимо использовать принцип последовательных приближений. Сначала на уровне кимберлитового поля необходимо выделить участки с преобладанием условий растяжения над сжатием, которые совмещены с наложенными люминесцентными ореолами кальцитов красного и голубого цветов. На выделенных участках необходимо сгущение сети поискового бурения. Для оценки перспективности выделенных участков важно использовать замеры спектров красной, голубой и белой ФЛ, чтобы установить связь кальцитов с указанными цветами ФЛ с проявлениями глубинного магматизма.

При дальнейшем сгущении сети и увеличении масштаба до уровня тела на выделенных участках, в случае вскрытия кимберлитов, для оценки их протяженности необходимо проанализировать общие характеристики структуры: соотношение сжатия-растяжения, сдвиговые критерии, проявление прожилкового осветления и другой вторичной минерализации.

При переходе на разведочную стадию, для изучения морфологических особенностей кимберлитовых тел целесообразно уже исследовать газовые ореолы импрегнационного углекислого газа вокруг этих тел и площадное распределение

21

тектонических признаков.

Данные методы применялись исключительно в районе с достаточно плотной поисковой сетью бурения, и не исключают классические методы, применяемые на различных стадиях ГРР на коренных месторождениях алмазов, а лишь дополняют их, значительно повышая эффективность этих работ.

В дальнейшем автор видит необходимость уточнения методик учета неравномерной изученности, наращивание статистических данных по газовой геохимии, включая Н20, и спектрам фотолюминесценции кальцитов в структурах, вмещающих кимберлитовые трубки и дайки. Целесообразно провести генетический анализ данных по изотопному составу углерода и кислорода импрегнированного породного С02 в совокупности с изотопным составом прожилковых кальцитов и их термобарогеохимии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Научные статьи в центральных изданиях рекомендованных ВАК РФ:

1. Игнатов П.А., Васильев И.Д., Новиков К.В., Шмонов A.M. Моделирование структур, вмещающих алмазоносные кимберлиты, на закрытых территориях. // Руды и металлы. № 3-4. 2011. С. 74-75.

2. Игнатов П.А., A.B. Болонин, И.Д. Васильев, A.M. Шмонов, A.A. Фомин, В.Ким. Складчатые и разрывные деформации во вмещающих и перекрывающих толщах в карьере кимберлитовой трубки Архангельская. //Руды и металлы. № 1. 2012. С. 42-48.

3. Игнатов П.А., Новиков К.В., Шмонов A.M., Еремеев Р.В., Лисковая Л.В., Ковальчук O.E., Толстов A.B. Л.В., Ковальчук O.E., Толстов A.B. Оценка перспектив и локальное прогнозирование кимберлитов с помощью ГИС-технологий на закрытых территориях Накынского кимберлитового поля, Западная Якутия. // Руды и металлы. №4. 2012. - с 54-60.

4. Игнатов П.А., Новиков К.В., Шмонов A.M., Разумов А.Н., Килижеков O.K. Возможности локального прогноза кимберлитов и их кустов по косвенным признакам при поисках на закрытых территориях на примере Накынского поля Якутии. // Руды и металлы. №5. 2013.-е 34-41

5. Игнатов П.А., Шмонов A.M., Новиков К.В., Кряжев С.Г., Ковальчук O.E., Разумов А.Н. Ореолы углекислого газа в карбонатных породах, вмещающие дайково-жильные кимберлитовые тела Накынского поля Якутии.// Руды и металлы №3. 2014. - с 39-46

Материалы конферениий и другие публикации:

6. Игнатов П.А., Болонин A.B., Васильев И.Д., Шмонов A.M. Сопоставление разрезов и петрохимические данные по кимберлитовмещающей толще месторождения алмазов им. Ломоносова//. Сб. тезисов докл. конф. «Молодые -наукам о Земле». М. РГГРУ. 20Ю.с5.

7. Игнатов П.А., Новиков К.В., Шмонов A.M., Толстов A.B. Выделение флюидопроницаемых зон на закрытых территориях по микронарушениям в керне с целью поисков перекрытых кимберлитовых тел. // Международная научно-практическая конференция по геологии, поискам и разведке полезных ископаемых, минерагения посвященная 80-летию заслуженного геолога РСФСР, профессора, академика Международной академии минеральных ресурсов H.H.

Трофимова (1931-2009 г.г.). Сб. тезисов докл. Российский Университет дружбы народов (РУДН) ,17-18 февраля 2011 г. - М. 2011. - с. 43-44.

8. Игнатов П.А., Новиков К.В., Шмонов A.M., Толстов A.B. Картирование структур, контролирующих кимберлиты с учетом плотности сети поискового бурения на закрытой территории Накынского поля Якутии. // Материалы всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения члена-корреспондента Академии Наук СССР М.М. Одинцова. Сб. тезисов докл. -Иркутск, 2011. С. 74-77.

9. Игнатов П.А., Васильев И.Д., Шмонов Л.М.Гунин А.П., Фомин A.A. Палеотектоническая позиция кимберлитов трубки Архангельская.// «Новые идеи в науках о Земле» Материалы конференции. Москва, 2011. Т. 1. с 20.

10. A.M. Шмонов. Анализ спектрограмм фотолюминесценции вторичных кальцитов из осадочных пород, вмещающих кимберлиты Накынского и Мирнинского полей Якутии. Четвертая научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Геология, поиски и комплексная оценка месторождений твердых полезных ископаемых». Тезисы докладов. Москва. ВИМС. 2012. С 119-121

11. П.А. Игнатов, К.В. Новиков, A.M. Шмонов, A.B. Толстов. Структурная позиция жильных проявлений кимберлитов и базитов на участке Озерный Накынского поля. «Молодые - наукам о Земле» Материалы конференции. Москва, 2012. с 73.

12. Игнатов П.А., Новиков К.В., Шмонов A.M., Разумов А.Н., Килижеков O.K. Структурно-тектоническая модель алмазного рудопроявления Озёрного Накынского поля Якутии. // XI международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Доклады. Т.1 (Секция S-V). - Москва, 2013. — с. 330-331.

13. Игнатов П.А., Шмонов A.M., Новиков К.В., Ковальчук O.E. Закономерности распределения окклюдированных газов в нижнепалеозойских карбонатных породах, вмещающих кимберлиты Накынского поля Якутии. // XI международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Доклады. Т.1 (Секция S-V). -Москва, 2013.-с. 332.

14. Игнатов П.А., Новиков К.В., Шмонов A.M., Разумов А.Н., Килижеков O.K., Ковальчук O.E., Дисковая JI.B. Источники гидротермальных растворов, сопровождавших внедрение кимберлитов Накынского поля Якутии. // Материалы Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Николая Алексеевича Шило (1913-2008) «Рудообразующие процессы: от генетических концепций к прогнозу и открытию новых рудных провинций и месторождений». - Москва, ИГЕМ РАН, 2013. - с.130.

15. Игнатов П.А., Шмонов A.M., Новиков К.В., Кряжев С.Г, Рассулов В.А., Ковальчук O.E. Люминесцентные и изотопные характеристики гидротермальных кальцитов в Накынском кимберлитовом поле Якутии.// «Молодые - наукам о Земле» Материалы конференции. Москва, 2014. Т-1 с 80-83.

Подписано в печать:

26.02.2015

Заказ № 10577 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 vvww.autoreferat.ru