Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Особенности генезиса микроалмазов из кимберлитовых трубок Удачная и Сытыканская

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Зедгенизов, Дмитрий Александрович, Новосибирск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ МИНЕРАЛОГИИ И ПЕТРОГРАФИИ

На правах рукописи

ЗЕДГЕНИЗОВ Дмитрий Александрович

ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА МИКРОАЛМАЗОВ ИЗ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК УДАЧНАЯ И СЫТЫКАНСКАЯ

04.00.20 - минералогия, кристаллография

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель д.г.-м.н. В.С.Шацкий

Новосибирск 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ , 3

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕЗИСА МИКРОАЛМАЗОВ 9

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ И ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ МИК Р ОАЛМАЗ ОВ

2.1. Морфология 15

2.2. Внутреннее строение 33

2.3. Морфологические особенности микроалмазов 4 8 Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФЕКТНО-ПРИМЕСНОГО СОСТАВА МИКРОАЛМАЗОВ

3.1. Примесные дефекты 57

3.1. Распределение основных примесных центров в микроалмазах 67

3.3. Анализ данных по азотным центрам в микроалмазах 71 Глава 4. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В МИКРОАЛМАЗАХ

4.1. Особенности морфологии и химического состава включений 77

4.2. Парагенезисы микроалмазов 91 Глава 5. ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА МИКРОАЛМАЗОВ ИЗ КИМБЕРЛИТОВ 96 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 109 ЛИТЕРАТУРА 112

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Микроалмазы (индивиды размером менее 1 мм) весьма широко распространенны в кимберлитовых и лампроитовых трубках, которые являются основным источником алмазов в мире. Интерес к микроалмазам в последние годы возрос в связи с перспективой их использования для оценки продуктивности алмазоносных тел по сравнительно небольшим пробам [Jenings, 1990; Deakin, Boxer, 1989; Rombouts, 1994, 1996] . При этом особо подчеркивается важное практическое значение предварительной оценки класса промышленных алмазов по распределению микроалмазов. Несмотря на это микроалмазы представляют наименее изученную группу кристаллов, что обусловлено прежде всего их малым размером, затрудняющим применять традиционные для крупных алмазов методы исследования. Недостаточная изученность микроалмазов привела к дискуссии относительно их происхождения. При этом было предложено несколько генетических моделей: образование микроалмазов в мантийной среде возможно из флюидной фазы или при частичном плавлении перидотитов, либо непосредственная кристаллизация из кимберлитового расплава [Haggerty, 1986; Navon et al., 1988; Pattison, Levinson, 1995; McCandles, Gurney, 1995]. Принимая во внимание недостаток данных по микроалмазам и учитывая сложность процессов алмазообразования, решение вопроса о принадлежности микроалмазов к единой генетической группе даже в пределах отдельно взятого кимберлитового тела не будет достаточно обоснованным.

Известно, что условия роста и дальнейшей эволюции кристаллов алмаза отражаются в различных типоморфных характеристиках. Как правило в целях генетической интерпретации используются данные по морфологии и внутреннему строению кристаллов, составу сингенетических включений в них, набору примесных центров, изотопному составу углерода. Комплексное исследование таких характеристик в приложении к микроалмазам представляет наиболее оптимальный подход к решению проблемы их генезиса. Несомненно изучение микроалмазов в рамках такого подхода позволяет расширить представления об условиях алмазообразования.

Таким образом цель настоящей работы заключалась в том, чтобы на основании комплексного исследовании морфологии, внутреннего строения, дефектно-примесного состава и минеральных включений в микроалмазах из кимберлитовых трубок Удачная и Сытыканская, определить особенности условий образования для уточнения представлений относительно их генезиса.

Основные задачи исследований:

1.Изучение морфологии и внутреннего строения микроалмазов.

2.Изучение дефектно-примесного состава и характера неоднородности распределения основных примесных центров в микроалмазах.

3.Определение минеральных парагенезисов микроалмазов (на основе данных по изучению кристаллических включений).

4.Сравнительный анализ полученных данных по микроалмазам с результатами исследований макроалмазов (по литературным данным).

Фактический материал и методы исследования. В основу работы положены результаты исследований представительной коллекции микроалмазов (более 3000 кристаллов и сростков) из кимберлитовых трубок Удачная и Сытыканская.

В работу включены данные по изучению морфологии, внутреннего строения и дефектно-примесного состава микроалмазов и минеральных включений в них. При этом были использованы методы оптической и сканирующей электронной микроскопии, гониометрии, рентгеновской и

катодолюминесцентной топографии, оптической спектроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Основная часть аналитических работ выполнена на базе ОИГГиМ СО РАН, а также в ИФП СО РАН.

Научная новизна. На примере двух кимберлитовых трубок показано разнообразие морфологии, дефектно-примесного состава и минеральных включений для микроалмазов, что позволяет сделать вывод о широких вариациях условий их образования.

В работе также приводятся первые результаты изучения внутреннего строения микроалмазов, на основе которых выявляется история роста кристаллов. Впервые для микроалмазов получены данные о характере распределения основных примесных центров, свидетельствующие об изменчивости условий их кристаллизации.

Среди включений в микроалмазах установлены минералы как ультраосновного (оливин, хромистый пироп, хромит) так и

эклогитового (пироп-альмандиновый гранат, омфацит) типа парагенезисов. В микроалмазах отмечена широкая

распространенность включений высококалиевых силикатных фаз. Находки других необычных включений (ферропериклаз, титанистый хромит, шпинель, оливин повышенной железистости, джерфишерит) дополняют представления о парагенетических ассоциациях алмазов из кимберлитов изученных трубок.

Практическое значение. Методика комплексного исследования морфологии, внутреннего строения, примесных центров и минеральных включений впервые применена к микроалмазам из двух кимберлитовых трубок и в дальнейшем может быть использована для характеристики микроалмазов из других месторождений.

Основные защищаемые положения:

1. По морфологии и дефектно-примесному составу микроалмаы из кимберлитов подобны макроалмазам. Однако для микроалмазов характерно большее разнообразие морфологии за счет октаэдрических кристаллов с дополнительными гранями и иное соотношение между морфологическими типами кристаллов.

2.Сингенетические включения в микроалмазах из кимберлитов относятся к двум основным типам парагенезиса алмаза: ультраосновному (У-тип) и эклогитовому (Э-тип). Микроалмазы отличаются большим по сравнению с макроалмазами из соответствующих трубок набором и разнообразием химизма ассоциирующих минеральных фаз (ферропериклаз, титанистый хромит, шпинель, оливин повышенной железистости, джерфишерит и высококалиевые силикатные фазы).

3.Разнообразие морфологии, дефектно-примесного состава и минеральных включений, выявленное для микроалмазов в пределах изученных трубок, позволяет сделать вывод о широких вариациях условий их образования., Микроалмазы из отдельно взятого кимберлитового месторождения, подобно макроалмазам, представляет собой совокупность кристаллов разных генераций.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликованы 4 статьи и 2 тезисов. Отдельные положения были представлены на научно-практической конференции,

посвященной 30-летию ЯНИГП ЦНИГРИ AK «AJIPOCA» (Мирный) и 7-ой Международной Кимберлитовой Конференции (Кейптаун, ЮАР).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, общим объемом 126 страниц и сопровождается 30 рисунками и 7 таблицами. Список использованной литературы составляет 118 наименований.

Работа выполнена под научным руководством д.г.-м.н. В.С.Шацкого, которому автор выражает искреннюю признательность. Автор выражает благодарность академику Н.В.Соболеву за предоставление коллекции микроалмазов, Э.С.Ефимовой за информационную поддержку, к.г.-м.н. Г.М.Рылову и С.В.Летову за помощь в исследовании морфологии и внутреннего строения микроалмазов, Е.Н.Федоровой и к.ф.-м.н. Р.И.Машковцеву за проведение спектроскопических исследований и к.г.-м.н. Ю.М.Борздову за помощь в постановке технологии шлифовки микрокристаллов. Автор также признателен д.г.-м.н. Н.П.Похиленко, д.г.-м.н.

В.П.Афанасьеву, к.г.-м.н. А.М.Логвиновой, к.г.-м.н. А.Ф.Хохрякову, к.г.-м.н. Ю.В.Бабичу и А.В.Корсакову за

обсуждение некоторых положений диссертации и ценные замечания.

ГЛАВА 1

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕЗИСА МИКРОАЛМАЗОВ

Мелкие алмазы (все индивиды менее 1 мм в -диаметре) как правило представляют наиболее распространенную группу кристаллов в алмазоносных кимберлитовых и лампроитовых трубках. При описании подобного рода кристаллов обычно используется термин микроалмазы. В некоторых

исследовательских работах (в основном по прогнозно-поисковой геологии) к микроалмазам иногда относят кристаллы только менее 0,5 мм.

Несмотря на то, что микроалмазы из кимберлитов и лампроитов начали извлекать уже давно, детальных исследований таких кристаллов даже из отдельных трубок очень мало.

Результаты предыдущих исследований микроалмазов позволил выделить для них ряд характерных особенностей. Так, А.В.Варшавский и Г.П.Буланова (1974) впервые отметили своеобразие мелких кристаллов (менее 0,5 мм) из кимберлитов, выраженное в большем по сравнению с крупными алмазами ограняющих простых форм. Позднее подобные результаты были получены и в других работах [Жихарева,1979; Квасница и др., 1981]. Отмеченные при этом грани как правило имеют подчиненное значение по отношению к габитусным граням октаэдра. Детальные гониометрические исследования показали, что развитие большинства второстепенных для микрокристаллов простых форм подчиняется закону компликации [Жихарева,1979]. Кристаллогенетическая интерпретация проявления таких граней обычно не приводится.

Морфологические отличия микро- от макроалмазов также выражается в ином соотношении основных габитусных типов. Установлено, что в кимберлитовых трубках по мере уменьшения крупности алмазов, увеличивается количество, кривогранных кристаллов ромбододекаэдрического и кубического габитуса [Гневушев,1972; Патушинская, Шалаев, 1973]. В некоторых трубках для микроалмазов более мелких фракций отмечается обратная картина: увеличение доли октаэдров по отношению с кривогранно-округлыми кристаллами [МсСапсИеэ et а1., 1994].

Для микроалмазов из кимберлитов Южной Африки было отмечено повышенное содержание среди них безазотных кристаллов (тип На) [То1апБку, Ыаъг1е-Соре, 1969] . Позднее эти результаты были подвержены критике, так как использованная ими методика качественного определения типа алмазов вносит существенную неточность [Биленко, Жихарева, 1979]. Полученные в вышеупомянутой работе данные (на примере двух месторождений Якутии) свидетельствуют о том, что распределение микрокристаллов и крупных алмазов по содержанию примесного азота почти совпадают по средним значениям, но различаются по дисперсиям. Таким образом делается вывод о принадлежности как микро- так и макроалмазов к одной генеральной совокупности.

По данным К.П.Аргунова и др. (1983) еще одной особенностью мелких алмазов из кимберлитов является пониженное содержание элементов-примесей (Си, Мп, Сг, Со, Э1 и др.) по сравнению с однотипными разновидностями более крупных кристаллов при сохранении одинакового состава примесных элементов. Особенности ренгенолюминсценции микроалмазов и их более крупных аналогов все же имеет

сходный характер [Аргунов и др., 19801] . При изучении внутреннего строения южноафриканских микроалмазов установлены дислакоционные линии и треугольные плоскостные дефекты [Нишида, Такано, 1978]. Подобного , рода дефекты также встречаются и в макрокристаллах.

В 1985 г. В.Н.Квасница в монографии «Мелкие алмазы» впервые обобщил результаты исследований морфологии и некоторых физических свойств микроалмазов из различных источников. Анализ имеющихся данных свидетельствует о близости морфологических и физических характеристик микро-и макроалмазов из кимберлитов. Отмеченные в работе особенности типоморфизма микроалмазов объясняются с позиций разнообразия физико-химических условий их кристаллизации. Необходимо также особо отметить недавние исследования микроалмазов из кимберлитовых трубок Якутии и Австралии [Траутман и др., 1997; Trautman et al., 1998]. Эти исследования показали, что характеристики морфологии, внутреннего строения и дефектно-примесного состава микроалмазов весьма разнообразны и даже в пределах отдельно взятого месторождения слабо коррелируются. По мнению авторов, это является результатом гетерогенности среды их кристаллизации и условий роста.

В последние десять лет в некоторых обзорных работах по алмазам [Gurney, 1989; Boyd, 1989] отмечалось, что генезис микроалмазов возможно отличается от генезиса макроалмазов. Вероятно вследствие недостатка данных этот вопрос не нашел достаточно широкого освещения в литературе.

С.Хаггерти (1986, 1994) предположил, что образование микроалмазов связано с механизмом метасоматической

инфильтрации по ослабленным зонам в апикальных частях мантийного плюма. Зарождение и рост микрокристаллов являются следствием восстановления флюида при взаимодействии с вмещающими породами и по времени возможно непосредственно предшествовали извержению кимберлитов или лампроитов. Таким образом ожидается, что микроалмазы должны быть представлены эвгедральными кристаллами типа lb или На. Схожая с этой модель предполагает образование микроалмзов при дегазации кимберлитового расплава, когда происходит кристаллизация примерно в области пересечения солидуса насыщенного летучими перидотита и геотермического градиента (130-160 км) [Wyllie, 1987].

Согласно другой точке зрения кристаллизации микроалмазов происходит в тех же условиях что и образование макрокристаллов, а нахождение их в кимберлитах и лампроитах связано с дезинтеграцией ксеногенных глубинных пород при взрывном извержении [McCandles, 1989; Otter et al., 1994]. Такая гипотеза мотивируется тем, что большинство алмазов из ксенолитов глубинных пород относится к классу микро [Специус, Серенко, 1990]. Н.В.Соболевым и др. (1991) показано, что в одном ксенолите микроалмазы могут быть представлены широким морфологическим рядом с четким увеличением размеров при переходе от октаэдрических форм к псевдокубическим.

Некоторые исследователи отмечают, что происхождение микроалмазов может быть связано и с кристаллизацией непосредственно из кимберлитового расплава [Gurney, 1989; Navon et al., 1988]. Образование микроалмазов в виде фенокристаллов в кимберлитовой магме при ее подъеме и

декомпрессии также предполагается в недавней работе [Pattisson, Levinson, 1995].

Аргументация любой гипотезы о происхождении микроалмазов возможна только при наличии соответствующих данных. Поэтому любые исследования микроалмазов из кимберлитов, лампроитов или других источников в последнее время вызывают особый интерес.

Интерес к микроалмазам в последние годы также возрос в связи с перспективой их использования для оценки продуктивности алмазоносных тел по сравнительно небольшим пробам (20-100 кг) [Jenings, 1990]. По результатам ряда исследований [Deakin, Boxer, 1989; Rombouts, 1994, 1996; Минорин, Безбородов, 1998] было установлено, что объединенные размерные распределения в пределах отдельно взятого месторождения, включающие как микроалмазы так и макрокристаллы больших размеров, достаточно хорошо апроксимируются логнормальной моделью. При этом особо подчеркивается важное практическое значение предварительной оценки класса промышленных алмазов по распределению микроалмазов. Между тем взаимосвязь между микро- и макроалмазами не совсем понятна. Как показали недавние исследования [Pattisson, Levinson, 1995], кимберлитовые трубки (Northwest Territory, Canada) с незначительным содержанием крупных алмазов, при малом опробовании (вес проб составлял 59-313 кг) характеризуются нахождением в них большого количества микроалмазов. В связи с этим делается вывод о том, что количественное приложение вышеописанной методики очевидно не совсем оправдано, вследствие того, что

образование любой алмазоносной трубки характеризуется набором множества неповторимых в полном объеме факторов.

Таким образом, исходя из вышеприведенного обзора можно заключить, что взаимосвязь микро- и макроалмазов весьма неопределенна и вероятно может сильно различаться для разных месторождений. Недостаточная изученность самого объекта исследований, то есть микроалмазов из кимберлитов или лампроитов, ставит перед исследователями много вопросов относительно их происхождения.

ГЛАВА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ И ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ

МИКРОАЛМАЗОВ

2.1. Морфология

Использование морфологии кристаллов в качестве определяющего п