Петрология кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия)

Каргин, Алексей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Петрология кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия)
ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия)"

КАРГИН Алексей Владимирович

На правах рукописи

ПЕТРОЛОГИЯ КИМБЕРЛИТОВ ДАЛДЫНО-АЛАКИТСКОГО РАЙОНА (ЯКУТИЯ)

Специальность: 25.00.04 - петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 2009

003471771

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН)

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор В.А. Кононова

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

В.В. Дистлер

доктор геолого-минералогических наук, профессор П.А. Игнатов

Ведущая организация: Московский Государственный Университет им.

М.В. Ломоносова, Геологический факультет

Защита диссертации состоится «^-б » мая 2009 года ъ Ш часов на заседании диссертационного совета Д 002.122.01 в Учреждении Российской академии наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 35.

С диссертацией можно ознакомиться в Библиотеке ИГЕМ РАН, Москва, Старомонетный пер., 35.

Автореферат разослан «2Уу> апреля 2009 г.

Отзывы, заверенные печатью учреждения, в 2-х экземплярах, просим направлять по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 35, Д 002.122.01 Петрову Владиславу Александровичу

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук.

В.А. Петров

ВВЕДЕНИЕ

Актуальноеп> исследований. Якутская алмазоносная прожития является основным источником алмазного сырья в нашей стране. Интерес к химическому составу кимберлитов н связи с их продуктивностью, генезисом и закономерностями пространственного размещения сохраняется до настоящего времени (Кривонос, 1999; Василенко и др., 2000; Ваганов, 2000; Илупии, 2003; Костровицкий и др., 2003 н др.). Тем более что завершение эксплуатации таких крупных месторождений как Мир и Удачная, а также редкие открытия новых алмазоносных кимберлитовых трубок, ставят исследователя перед необходимостью развития более эффективных подходов при проведении прогнозно-поисковых работ на алмазы. В частности, в последние годы появилась возможность изучения химического состава кимберлитов прецизионными методами (ГСР-МБ-геохимия, Шз-5г, Бт-Ш, РЬ-РЬ изотопные системы). В комплексе с геологическими и минералогическими характеристиками кимберлитов, данные, полученные прецизионными методами, могут быть использованы при построении генетических моделей формирования глубинных алмазоносных пород и установлении неоднородности верхней мантии. Практическое значение развития прецизионного подхода к изучению вещественного состава кимберлитов связано с обоснованием выделения разноранговых минерагенических таксонов кимберлитового магматизма (поле, пространственная группа, многофазная трубка), а также с обоснованием перспектив алмазоносности изучаемых территорий, а в частности совершенствование геохимических методов поисков.

Настоящая работа посвящена петрологической интерпретации новых петрогеохимических данных по кимберлитам Далдыно-Алакитского района Якутии. Выбор данного района как объекта исследований основывается, прежде всего, на достаточно высокой степени его геологической и минералогической изученности (многочисленные работы И.П. Илупина, В.И. Ваганова, В.Б. Василенко, С.И. Костровицкого, В.А. Милашева, А.Д. Харькива, Н.В. Соболева, Б.М. Владимирова и многие другие), а также наличии проявлений кимберлитового магматизма с разной степенью алмазоносности (от высоко- до убого-алмазоносных кимберлитов). На основании данных по минералогии и петрографии ранее здесь были выделены пространственные группы (кусты) кимберлитовых тел (Илупии, 2003, Костровицкий и др., 2003). Найденные закономерности размещения кимберлитовых тел в пространстве до настоящего времени не были подтверждены достаточным количеством петрогеохимических данных. В основном, были детально изучены геолого-тектонические, минералогические и петрохимнческие аспекты, а изучению геохимии пород, в связи с ограниченностью и труднодоступностью методов, уделялось мало внимания. В свете этого, результаты, полученные в данной работе, позволяют считать проведенные исследования актуальными и практически значимыми для дальнейшего изучения кимберлитов Якутии, выявления их алмазоносных разностей, построения петрогеохимических моделей формирования.

Цели и задачи работы. Основной целью исследования является установление степени гетерогенности источников кимберлитового магматизма в пределах одного кимберлитового района. Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:

кимберлитов в пределах района кимберлитового магматизма. Исследования проведены на основании полученных данных по петрохимическому (РФА), геохимическому (ICP-MS) н изотопному (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) составам кимберлитов.

2. Установить закономерности пространственного распределения кимберлитов с различными вещественными характеристиками в пределах района.

3. Получить петрохимические, геохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава на основании изучения различных петрографических типов кимберлитов сложнопостроенной трубки.

4. Определить принципы выделения минерагенических единиц кимберлитового магматизма Далдыно-Алакитского района с использованием вещественных характеристик кимберлитов, а также путем сопоставления полученных результатов с литературными данными по химическому составу индикаторных минералов из кимберлитовых тел изученной коллекции.

5. Установить положение промышленно-алмазоносных кимберлитовых тел в соответствии с выявленными закономерностями размещения кимберлитов в пространстве района.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы легли результаты комплексного петролого-геохимического исследования коллекции кимберлитов (138 образцов) Далдыно-Алакитского района, включающие: 1) изучение петрографического состава кимберлитов в шлифах; 2) определение породообразующих элементов методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии на спектрометре последовательного действия PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V (ИГЕМ РАН, Москва). Определение С02, Н20, Na20, К20, FeO выполнено классическими химическими методами (ГИН РАН, Москва); 3) определение редких и редкоземельных элементов методом масс-спектрометрии на приборе Elan-6100 DRC в аргоновой плазме в стандартном режиме измерений (ИМГРЭ, Москва); 4) изучение изотопных характеристик Sm-Nd, Rb-Sr, Pb-Pb систем в кимберлитах на многоканальном твердофазовом масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 в статистическом режиме с одновременной регистрацией ионных токов изотопов (ИГГД РАН, Санкт-Петербург); 5) определение химического состава пикроильменитов из кимберлитов коллекции в минеральных препаратах на микрозонде "САМЕСА" MS-46 (ИГЕМ РАН, Москва).

брекчии и кимберлитовые брекчии. На основании результатов анализа пстрохимического состава 138 образцов (метол РФА), был произведен анализ па редкие элементы и элементы-примеси для 107 образцов изученной коллекции (метод ICP-MS) с отбраковкой анализов, отвечающих коптаминированным породам с индексами контаминации СЛ. = (Si02 + AbOi + Na20)/(2K;0 + MgO) > 1.5 (по Clement, 1982). Базируясь на полученных данных, для 12 образцов было проведено изучение изотопных систем (Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb) и была подготовлена коллекция пикроильменитов (371 зерно) из 8 кнмберлитовых тел. Полученные данные были обработаны с использованием статистических методов и построения геохимических диаграмм (распределение редких и редкоземельных элементов, нормированных к примитивной мантии и хондриту; соотношения иетрогенных и редких элементов и др.). Результаты интерпретации полученных данных легли в основу защищаемых положений.

Научная новизна работы. Впервые создан банк петрогеохимических данных по Далдыно-Алакитскому алмазоносному району, включающий анализы петрохимического и геохимического состава практически всех известных кнмберлитовых тел района (138 образцов из 101 кимберлитового тела). Анализы выполнены прецизионными методами (РФА, ICP-MS, Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb изотопные системы) в одних и тех же лабораториях примерно в одно и то же время. Принципиально новыми результатами изучения кимберлитов Якутии являются следующие:

1. Установлено, что, несмотря на обширную площадь распространения кимберлитов в пределах Далдыно-Алакитского района и широкие вариации петрохимических характеристик (содержания Si02, MgO и СаО), все изученные объекты обладают довольно однородным геохимическим составом. Не были выявлены существенные петрогеохимические различия между кимберлитами северо-востока (Далдынское поле) и юго-запада (Алакит-Мархинское поле) Далдыно-Алакитского района, что позволяет предполагать однородность источников магматизма для всего района в целом.

2. В пределах Далдыно-Алакитского алмазоносного района выявлены участки с зональным распределением вещественных характеристик кимберлитов. От центра к периферии таких участков происходит увеличение содержаний MgO, FeO, V, Cr, Ni, на фоне снижения содержаний СаО, С02, Rb, Sr, Ва и понижения значений величин eNd и eSr. При этом кимберлитовые тела с промышленным и повышенным содержанием алмазов характерны только для периферийных частей выделенных участков.

3. Выявлены геохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава: они различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности отношению La/YbN, а также по химическому составу пикроильменитов (содержание Сг203, АЬО, MgO), что отражает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитового тела.

4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кнмберлитовых тел (кустов), основанные на характере распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, Ti02, FeO, MnO, P2O5) и редких элементов, включая REE, а также ряд отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).

Практическая значимость. Результаты, полученные при интерпретации прецизионных данных изучения вещественного состава кимберлитов Далдыно-Алакитского района, могут быть использованы в практических целях:

1. Установлены закономерности пространственного распределения вещественных характеристик кимберлитов Далдыно-Алакитского района, что в комплексе с геофизическими, геологическими п минералогическими данными может быть использовано при создании эталонной модели алмазоносного кимберлитового поля и района для дальнейшего прогнозирования новых кимберлнтовых полей на перспективных площадях.

2. Предложен ряд новых петрогеохимических признаков (распределение породообразующих оксидов, отношения редких элементов) для обоснования выделения минерагенических таксонов в пределах района кимберлитового магматизма (многофазное кимберлитовое тело, пространственная группа кимберлнтовых тел). Полученные закономерности предоставляют еще один независимый подход к выяснению внутренней структуры кимберлитового поля и района, что может быть использовано при рассмотрении процессов формирования кимберлитов, а также при планировании поисковых работ на обнаружение кимберлнтовых трубок в пределах известного района.

3. Показано положение алмазоносных кимберлнтовых тел относительно выявленной зональной структуры Далдыно-Алакитского кимберлитового района. Для них характерно: пониженное содержание ТЮ2, Ре203 и карбонатной составляющей на фоне высоких содержаний М§0, Сг, N1; высокие (>1) величины отношения МЬ//г, а также минимальные значения величин £N(1. Наряду с этим, промышленно-алмазоносные кимберлиты района располагаются по периферии выделенных зональных участков, а установленные группы кимберлитовых тел обладают одинаковым уровнем содержания алмаза. Полученные данные могут быть использованы при обосновании перспектив алмазоносности изучаемых территорий.

Используемая терминология. В работе использована следующая терминология, в основу которой вошли данные, опубликованные в работах, посвященных месторождениям кимберлитов (Ваганов 2000), прогнозированию эндогенных месторождений алмаза (Никулин и др., 2001) и классификации кимберлитов Якутии (Корнилова и др., 1983; Костровицкий и др., 2007).

Кимберлитовая провинция - рассматривается как эквивалент петрографической провинции: крупный геотектонический элемент - складчатая область или платформа, характеризующаяся особой серией магматических формаций. Пример - Якутская (Восточно-Сибирская) кимберлитовая провинция.

Район кимберлитового магматизма (кимберлитовый район) - территория, обладающая однородным строением литосферы, приуроченная к единым тектоническим блокам фундамента. Кимберлиты в пределах района контролируются едиными тектоническими нарушениями, а также обладают достаточно однородным вещественным (петрохимическим, геохимическим и минералогическим) составом и одинаковыми возрастными характеристиками.

Поле кимберлитовых тел ~ совокупность пространственных групп кимберлитов, которые имеют какие-либо общие петрографические, геохимические характеристики, в отличие от остальных объектов в пределах района.

Участок - часть территории района кимберлитового магматизма, которая характеризуется наличием каких-либо закономерностей в размещении кимберлитовых тел по площади.

Пространственная группа кимберлитовых тел (куст трубок) - группа сближенных кимберлитовых тел, обладающих однородным петрохимическим,

геохимическим и минералогическим составом, а также отличающихся ог близ расположенных тел в пределах поля/района.

Кимберлитовая трубка (трубка взрыва) - соответствует магматическому телу, кимберлитового состава. Выделяют кратерную, диатремовую и корневую зоны. Часто представляют собой ряд независимых фаз внедрения с различной продуктивностью.

Фаза внедрения расплава - 1 ) порция однородной магмы, поступающей из глубины на поверхность (эффузивная фаза); 2) этап внедрения магмы в верхние структурные этажи в течение определенного цикла магматизма, из общих для комплекса источников. Одна фаза может быть представлена различными петрографическими типами кимберлитов.

Петрографический тип - разновидности кимберлитов, различающихся между собой по ряду петрографических признаков (минеральный состав, структура, текстура, морфология тел). В данной работе рассмотрены три основных типа: порфировый кимберлит (ПК), автолитовая кимберлитовая брекчия (АКБ) и кимберлитовая брекчия (КБ).

Защищаемые положения. I. На основе нового аналитического материала показана близость петрохимического (РФА), геохимического (ICP-MS) и изотопного (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) составов кимберлитов Далдынского и Алакит-Мархинского полей, что в сочетании с данными по геологическому строению позволяет рассматривать их в составе единого района кимберлитового магматизма.

Исторически кимберлитовые тела Даддыно-Алакитского района принято объединять в два поля - Далдынское и Алакит-Мархинское, основываясь на географических и геофизических положениях. В настоящей работе показано сходство вещественного состава кимберлитов этих полей, что служит предпосылкой для объединения их в один район кимберлитового магматизма.

2. Впервые в пределах района выявлены участки с зоначьным распределением кимберлитовых тел: от центра к периферии таких участков в кимберлитах происходит увеличение содержаний MgO, FeO, V, Cr, Ni, на фоне снижения содержаний CaO, СО2, Rb, Sr, Ва и пониж&шя значений величин cNi1 и cSr, при этом в периферийных частях развиты наиболее продуктивные кимберлиты.

В пределах территории выделено 4 участка с зональным строением, центральные и периферийные части которых характеризуются различием вещественного состава кимбелитов и уровнем алмазоносности.

3. Установлено, что фазы внедрения кимберлитового растава в многофазных трубках различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности по величине отношения La/Yby, а также по химическому составу пикроильменитов (Сг203), что отражает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитовой трубки.

При сравнении петрографические типов кимберлитов были установлены петрогеохимические и минералогические критерии выделения кимберлитовых фаз в сложнопостроенных трубках.

4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел, основанные на совокупности данных распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, Т1О2, FeO, МпО, Р20}) и редких элементов, включая REE, а также на значении величин отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).

Кимберлитовые трубки района были объединены в пространственные группы, а также было установлено положение продуктивных кимберлитов в пределах района с учетом полученных данных.

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, РГГРУ, 2007); на конференции "Проблемы магматической и метаморфической петрологии" в рамках XVIII чтений в память профессора И.Ф. Трусовой (г. Москва, РГГРУ, 2008); на XXV Всероссийском семинаре с участием стран СНГ "Геохимия магматических пород. Школа Щелочной магматизм Земли" (г. Санкт-Петербург, 2008), на конференции «Проблемы прогнозирования и поисков месторождений алмазов на закрытых территориях» (г. Мирный, 2008) и на 1-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (г. Санкт-Петербург, 2009).

Публикации. Результаты исследований отражены в 3 статьях в рецензируемых научных журналах, в одной статье в научно-практическом сборнике статей и 6 тезисах научно-практических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и 2 приложений, изложенных на 190 страницах, включая в себя 16 таблиц, 57 рисунков и список цитируемой литературы из 113 наименований.

Благодарности. Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) в лаборатории Петрографии. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю работы, д.г.-м.н., профессору В.А. Кононовой за оказание всесторонней поддержки и за ценные консультации в период выполнения работы, а также к.г.-м.н. Ю.Ю. Голубевой и отделу алмазов ФГУП ЦНИГРИ за помощь в подготовке и предоставление каменного материала по всем кимберлитам Далдыно-Алакитского района. Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №06-05-64017, руководитель В.А. Кононова) а также договора с АК «АЛРОСА» ЯНИГП ЦНИГРИ 108/2006.

В процессе работы различные ее аспекты неоднократно обсуждались с сотрудниками ИГЕМ РАН: академиком O.A. Богатиковым, д.г.-м.н. A.A. Носовой, д.г.-м.н Е.В. Шарковым, д.г.-м.н A.M. Курчавовым, д.г.-м.н. A.B. Самсоновым, И.А. Кондрашовым, чьи ценные замечания были учтены при написании диссертации. Аналитические исследования проводились А.И. Якушевым, Д.З. Журавлевым, Л.К. Левским, Г.В. Овчинниковой, Т.И. Головановой, С.Е. Борисовским. Всем им автор выражает глубокую и искреннюю благодарность.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Геолого-тектоническая позиция проявлений кимберлитов Далдыно-Алакитского района. Основные аспекты геолого-тектонического строения Далдыно-Алакитского района заключаются в следующем: 1) разрез платформенных отложений Далдыно-Алакитского района представлен преимущественно карбонатными породами нижнего ордовика и верхнего кембрия, а также терригенно-карбонатными отложениями верхнепалеозойского-нижнемезозойского структурного яруса. Поскольку кимберлиты могут содержать большое количество ксенолитов вмещающих пород, то при сравнении и сопоставлении кимберлитов района необходимо учитывать их

преимущественно карбонатный состав; 2) кимберлитовые тела района приурочены к участку сочленения двух региональных тектонических зон: Вплюйско-Контуйскон, с общим простиранием в северо-западном направлении и Тушусско-Оленекской, с протиранием в северо-восточном направлении; 3) Далдыно-Алакитский район приурочен к Мархинскому гранит-зеленокаменному террейну, который представляет собой ареалы гранитоидов и зеленокаменные пояса; возраст формирования террейна был оценен в 2,5 млрд. лет, а метаморфизма - в 1,76 млрд. лет (Розен и др., 2006); 4) мантийный корень под Далдыпо-Ллакитским районом представлен литосферной мантией, мощностью порядка 180 км, состоящей из шпинелевых лерцолитов, ассоциации гранатовых лерцолитов и эклогитов, а также потенциально алмазоносного горизонта деплетированных гарцбургитов (Griffin et al., 1999); 5) по геологической позиции проявления кимберлитового магматизма возраст кимберлитовых трубок определяется как верхний девон - нижний карбон, что соответствует возрастному интервалу от 374 до 345 млн. лет; в настоящей работе, согласно литературным данным изотопных датировок, возраст кимберлитового магматизма района принят за 360 млн. лет.

1. На основе нового аналитического материала показана близость петрохимического (РФА), геохимического (ICP-A1S) и изотопного (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) составов кимберлитов Далдьшского и Алакит-Мархинского полей, что в сочетании с данными по геологическому строению позволяет рассматривать их в составе единого района кимберлитового магматизма.

Исторически кимберлитовые тела Далдыно-Алакитского района принято объединять в два поля - Далдынское и Алакит-Мархинское, основываясь главным образом на географических и геофизических положениях. Однако петролого-генетических данных, основанных на прецизионном изучении всех кимберлитовых объектов района, которые указали бы на существенные различия между полями, не было. В настоящей работе показано сходство вещественного состава кимберлитов этих полей, что служит основанием для объединения их в один район кимберлитового магматизма.

Петрографический состав. При детальном микроскопическом изучении все кимберлиты коллекции были разделены на три петрографических типа: порфировый кимберлит (ПК), автолитовая кимберлитовая брекчия (АКБ) и кимберлитовая брекчия (КБ). Петрографические типы различаются между собой по минеральному составу, структуре и текстуре. Выбранная в работе классификация в целом отражает различие вещественного состава изученных объектов в масштабе района кимберлитового магматизма и соответствует поставленным целям.

При анализе шлифов была установлена различная степень постмагматических изменений, основной тип которой - карбонатизация. Степень карбонатизации широко варьирует - от незначительной переработки основной массы кимберлитов, до полной карбонатизации, как основной массы и вкрапленников, так и ксенолитов пород. Основной минерал - кальцит. Вероятнее всего, различная степень карбонатизации является следствием различной степени активности существенно карбонатной флюидной фазы, которая поступает совместно с кимберлитовым расплавом.

Из-за различной степени постмагматических изменений и контаминации вмещающими породами платформенного чехла, кимберлиты Далдыно-Алакитского района обладают широкими вариациями петрогеохимического состава. Классический коэффициент контаминации (Si02+Al203+Na20)/(2*K20+Mg0) (Clement, 1984) не

позволяет оценить вклад вмещающих карбонатных пород и постмагматическую карбонатнзацию, поскольку учитывает только долю алюмосиликатной компоненты в составе кимберли юв. Для сравнения и сопоставления образцов кимберлитов с различной степенью постмагматических изменений и контаминации был установлен ряд индикаторных элементов, выделенный на основании корреляции содержаний химических элементов и оксидов СаО, С02, т.е. с процессами карбонатизации (табл. 1). В состав индикаторных элементов входят: петрогенные оксиды Ti02, А1203, FeO и Р205, а также микроэлементы Ве, V, Zn, Ga, Y, Zr, Та, Nb, Hf, Th, U, REE, которые являются наиболее устойчивыми при процессах постмагматических изменений.

Таблица 1

Значение коэффициента корреляции основных петрогенных оксидов и микроэлементов для

кимберлитов Далдыно-Алакитского района

SiOj TiOj AI.O, IP.O, FeO MnO MrO Na20 к2о PjO, co2 н2о- н2о+

СаО -0,88 -0,83 -0,56 -0,24 0,14 0,14 -0,72 -0,61 -0,21 -0,11 -0,56 -0,60 -0,95 -0,86 -0.01 -0,10 0,14 0.21 0,07 0,09 0,96 0,87 0,33 0,21 -0,81 -0,71

Be Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr

СаО -0,04 0,01 -0,51 -0,47 -0,41 -0,12 -0,71 -0,54 -0,50 -0,44 -0,56 -0,51 -0,03 -0,30 -0,03 -0,23 -0,12 -0,35 0.13 0,25 0,25 -0,03 0,19 0,25 -0,08 -0,10

Nb Mo Cd Cs Ba Hf Та Th и I.REE HRF.E REE

СаО -0,53 -0,40 -0,23 -0,07 0,12 -0,12 0,51 038 -0,14 038 -0,05 -0,10 -0,40 -0,46 -0,13 0,05 -0,16 -0,14 0,01 0,00 0,12 0,08 0,01 0,00

Примечание: в числителе значения для 60 анализов кимберлитов юго-запада района (Алакит-Мархинское поле), в знаменателе - для 57 анализов северо-востока (Далдынское поле); жирным шрифтом выделены значимые корреляционные связи при доверительном интервале р=0,05.

Для учета степени вторичных изменений на основе кластерного анализа была разработана петрохимнческая классификация кимберлитов Далдыно-Алакитского района. По всей выборке петрохимических анализов двух полей был проведен кластерный анализ, по методу «К средних» в программе StatSoft Statistica 6.0. Всего было выделено 6 кластеров (рис. 1), где в последовательности от кластера 1 к кластеру 6 состав пород отражает уменьшение содержания карбонатного материала и возрастание магнезиальной составляющей. Кластер 4 обладает повышенным содержанием Si02, что связано с контаминацией алюмосиликатным материалом. Кластеры 5 и 6 представлены слабо измененными порфировыми кимберлитами (ПК) и автолитовыми кимберлитовыми брекчиями (АКБ), а кимберлиты кластеров 1, 2, 3 характеризуются более высокой степенью вторичного изменения и контаминации, как ПК, так и АКБ. При этом от 1-2 к 5-6 кластеру увеличиваются средние содержания Si02 (от 13,50 до 30,58 мае. %), ТЮ2 (от 1,04 до 1,78 мае. %), Fe203 (от 3,39 до 7,55 мае. %), FeO (от 0,66 до 1,51 мае. %), MgO (от 5,01 до 32,32 мае. %), Н20+ (от 1,97 до 10,61 мае. %) и уменьшаются содержания СаО (от 37,34 до 6,04 мае. %), С02 (от 29,61 до 4,34 мае. %), а также А1203 (от 2,97 до 2,14 мае. %), за исключением кластера 4, где А1203 содержится в максимальном количестве (3,69 мае. %).

Петрогеохимический состав. В целом для Далдыно-Алакитского района содержания петрохимических элементов варьируют: Si02 - 19,54-36,99 мае. %; ТЮ2 -0,17-4,40 мае. %, А1203 - 0,97-5,95 мае. %, Fe203 - 1,95-12,46 мае. %, FeO - 0,20-5,81

мае. %. МпО 0,04-0,32 мае. %, М§0 14.12-36,53 мае. %, СаО - 1,37-26,95 мае. %, Ыа:0 0,01-0,56 мае. %, К:0 0,02-3,00 мае. %, Р205 - 0,06-1,49 мае. %, СО; 1.0822,48 мае. %, Н-Ю" - 0,10-7,08 мае. %, Н,(У 2,40-15,01 мае. %.

СаО СаО

,Са

СО Мдб

БЮ

Рис. 1. Диаграммы Са0-С02-Мо0 и Са0-8Юз-М£0 для кимберлитов Далдыно-Алакитского района. Номера полей соответствуют номеру кластера; 01 - оливин, Са -кальцит. Мя1 магнезит.

При этом кимберлиты как Далдынского, так и Алакит-Мархинского полей по средним значениям и диапазону вариаций породообразующих оксидов схожи между собой (табл. 2), а для многих из них значение критерия Фишера соответствуют единой выборке.

Таблица 2.

Минимальные, максимальные и средние значения содержаний главных петрогенных оксидов

в кимберлитах Далдыно-Алакитского района, мае %.

Далды некое поле (N=57)

Элемен! Сред. Мин. Макс. о

ХЮ, 27,32 21,81 32,53 2,74

тк>, 1,70 0,17 4,40 0,79

А1,0, 2,75 1,53 5,95 0,82

Ре,03 5,87 2,47 12,46 1,95

ГсО 1,27 0,20 5,81 0,93

МпО 0,11 0,04 0,26 0,05

мео 23,98 15,46 34,82 4.91

СаО 14,25 3,95 21,86 4,67

Ыа,0 0,06 0,02 0,56 0,07

к,о 0,50 0,02 2,01 0,43

0,36 0,20 0,74 0,12

со, 11,22 2,67 22,42 5.05

н2о 2,58 0,10 7,08 1,57

Н,0' 7,52 3,40 12,38 2,29

Алакит-Мархинское поле (N=60)

Элемент Сред. Мин. Макс. а

ЭЮг 27,64 19,54 36,99 3,52

тю2 1,42 0,27 2,79 0,52

А1,03 2,13 0,97 3,76 0,61

ре,03 6,28 1,95 12,37 2,21

ГеО 1,10 0,28 2,52 0,62

МпО 0,12 0,04 0,32 0,07

MgO 27,12 14,12 36,53 5,76

СаО 12,46 137 26,95 6,78

N3,0 0,06 0,01 0,30 0,06

К,О 0,40 0,01 2,72 0,42

р2о5 0,37 0,06 0,77 0,16

СО, 9,45 1,08 22,48 5,52

н2о 1,96 0,72 5,72 0,96

н,о* 8,88 2,40 15,01 2,76

Примечание: N - общее количество анализов; а — величина стандартного отклонения, жирным шрифтом выделены значения, в которых дисперсии двух выборок, при учете критерия Фишера (р=0,05), различаются значимо.

На диаграмме ТЮ2-К2О (рис. 2.а) практически все кимберлиты коллекции сопоставимы с кимберлитами группы 1 Южной Африки, а по содержанию ТЮ2 (рис. 2.6) подавляющее большинство образцов (76 %) коллекции относится к умеренно-

титанистым разновидностям (1,0 < Ti02< 2,5 мае. %) но классификации (Кононова и др., 2005).

□ Кимберлиты 4 группы IB

Кимберлиты ' труппы JA

умеренно-Ti, высоко-Ti

К20 (мае. %)

Диаграмма TiOi-KiO

гисто! рамма

Рис. 2.

кимберлитов коллекции. Условные обозначения: 1 Алакит-Мархинское Далдынское поле; поля кимберлитов Южной Африки по (Taylor at al., 1994).

2.5 3 3.5 4 4.5 5 2 (мае. %) распределения TiOi для

поле; 2

Распределение концентраций редких элементов, нормализованных к примитивной мантии (рис. З.а) имеет в целом плавный характер с обогащением наиболее несовместимыми элементами и обеднением рядом редких элементов (Rb, Sr, Hf и Ti), которое свойственно кимберлитам группы 1 Южной Африки (Taylor et al., 1994). Помимо этого, все изученные кимберлиты обладают субпараллельными спектрами распределения REE, с сильно фракционированным характером (рис. З.б).

кимберлиты гр I Южной Африки

Се Sr Nd Zr EuGdDyHoTmLu Cs Ba U Та La Pr PSmHfTiTbY ErYb

: • ГТТТТПТТП "1 LaCePrNd SmEuGdTbDyHoErTmYbLu

Рис. 3. Нормированные к примитивной мантии (а) и к хондриту (б) по (McDonough, 1995) содержания редких и редкоземельных элементов в кимберлитах Далдыно-Алакитского района. 1 - Алакит-Мархинское поле; 2 - Далдынское поле. Кимберлиты группы I Южной Африки показаны по (Taylor et al., 1994).

Данные изучения изотопных систем. Первичные отношения кимберлитах Далдыно-Алакитского района варьируют в широких пределах от 0,70416 до 0,70700 (табл. 3), что характерно для всех кимберлитов центра Якутской провинции (рис. 4). Значения величины еМ для изученных кимберлитов положительны, изменяются от 2,8 до 5,9 и сопоставимы с интервалом изменения значений еШ в кимберлитах группы 1 Южной Африки (табл. 3 и рис. 4).

Изучение РЬ-РЬ изотопной системы показало, что значения отношений различных изотопов свинца варьируют в широких пределах: ~'"'РЬ/~"4РЬ от 16,468 до 37,609, :"7РЬ/204РЬ от 14,942 до 16,598, 208РЬ/2"4РЬ от 37,801 до 65.604 (табл. 3). Значения отношения "6РЬ/204РЬ варьируют от 17,2 до 19,2 вдоль линии эволюции изотопного состава свинца в мантии (рис. 5). На приведенных изотопных диаграммах кимберлиты как Далдынского, так и Алакит-Мархинского полей, образуют единые области, для которых характерны общие источники магматизма.

eSr

-25 О

зг

)

ерлиты

Кимбб

ш Ф- 1 Юж. Африки

-10

25 50 75 100 125 15.

Алмазоносныё ""кимберлиты Якутии

8 15.6 15.4 -I

Кимберлиты ■..гр. 2 Юж. Африки

Я-15.2

15.0

-15 . . ..........

0.702 0.704 0.706 0.708 0.710 0.712 0.714

14.8

Кимберлиты . вк

400 ,---

Группы 2 \ A J

ш, " EMI

адо °HK i

1600

™ Кимберлиты

1200 1

rpynnbf 1

Sr/ Sr (i)

Рис. 4. Диаграмма £Nd-87Sr/86Sr(i, и eNd-eSr для кимберлитов Далдыно-Алакитского района. Условные обозначения см. на рис. 1. Поле кимберлитов Якутии по (Лапин и др., 2007); поля кимберлитов Африки приведены по (Mitchell et al„ 1995).

206Pb/204Pb(i)

Рис. 5. Изотопный состав Pb для кимберлитов Далдыно-Алакитского

района. Условные обозначения см. на рис. 1. Поля кимберлитов приведены по (Smith, 1983; Кононова др., 2002); модельные кривые эволюции РЬ в мантии (М), верхней коре (ВК) и нижней коре (НК) представлены по модели (Steycey & Kramers, 1975).

По данным изучения Rb-Sr и Sm-Nd систем, источник кимберлитового магматизма района соответствует слабо деплетированной сублитосферной мантии с широкой вариацией значений величины eSr, которая может быть обусловлена как изотопным смешением в процессе контаминации материалом земной коры (Костровицкий и др., 2007), так и изотопной неоднородностью мантии, образованной в результате неоднократно проявляющегося глубинного метасоматоза (Агашев и др., 2000; Агашев и др., 2006; Лапин и др., 2007).

Таким образом, фигуративные точки кимберлитов на петрохимических и геохимических диаграммах образуют единые тренды, а вариации содержания компонентов в них перекрываются между собой. Изученные объекты сопоставимы с кимберлитами группы 1 Южной Африки, а по содержанию ТЮ2 подавляющее большинство относится к умеренно-титанистым разностям (1,0 < ТЮ2 < 2,5 мае. %) (Каргин и др., 20086). Несмотря на широкие вариации содержания Si02. MgO, СаО. С02, было установлено однообразие составов кимберлитов двух полей по содержанию индикаторных элементов (Ga, Y, Zr, Та, Nb, Hf, Th, U, REE).

Таблица 3

Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb - изотопные данные для кимберлитов коллекции.

Трубка Rb (ppm) Sr (ppm) "TihA'Sr "7Sr/"'Sr (s7Sr/86Sr)l i:Sr

Аэромагнитная 27,53 652,1 0,1220 0,707244 ±16 0,706619 36,1

Дальняя 15,36 382,0 0,1162 0,706244 ±5 0,705648 22,3

Комсомольская 29,52 298,8 0,2854 0,706361 ±6 0,704898 11,7

Краснопресненская 2,23 202,5 0,0318 0,705988 ±5 0,705825 24,8

Лима 5,30 148,9 0,1029 0,707137 ±4 0.706610 36,0

Москвичка 12,80 396,1 0,0934 0,707353 ±7 0,706874 39,7

Сьпыканская 9,77 242,1 0,1166 0,706951 ±4 0,706353 32,3

Удачная Восточная 64,68 716,9 0,2607 0,706308 ±5 0,704972 12,7

Угадайка 20,77 524,5 0,1144 0,704751 ±6 0,704165 1,3

Украинская 6,10 318,2 0,0554 0,706288 ±7 0,706004 27,4

Фестивальная 16,11 563,3 0,0826 0,707424 ±8 0,707001 41,5

Щукинская 39,40 574.6 0,1981 0,706469 ±18 0,705454 19,6

Трубка Sm (ppm) Nd (ppm) ,47Sm/l44Nd ,4,Nd/l44Nd (,43Nd/'44Nd)t cNd TMDm, млн. лет

Аэромагнитная 10,260 78,96 0,0786 0,512565 ±2 0,512380 4.0 663

Дальняя 4,054 28,43 0,0862 0,512521 ±2 0,512318 2,8 755

Комсомольская 6,178 40,30 0,0927 0,512557 ±2 0,512338 3,2 750

Краснопресненская 11,420 87,10 0,0792 0,512509 ±2 0,512322 2,9 729

Липа 5,446 45,31 0,0727 0,512610 ±3 0,512439 5,2 586

Москвичка 6,314 48,97 0,0780 0,512575 ±2 0,512391 4,2 649

Сытыканская 5,664 43,34 0,0790 0,512552 ±3 0,512366 3,7 680

Удачная Посточная 6,106 45,89 0,0805 0,512572 ±3 0,512382 4,1 664

Угадайка 8,247 62,47 0,0798 0,512563 ±2 0,512375 3,9 671

Украинская 6,590 49,68 0,0802 0,512529 ±9 0,512340 3,2 712

Фестивальная 7,787 62,38 0,0755 0,512566 ±2 0,512388 4,2 647

Щукинская 8,701 69,52 0,0757 0,512537 ±2 0,512359 3,6 680

Трубка РЬ (ppm) и (ppm) 2"и/м4Рь| ™рь/204рь 207РЬ/204РЬ 20»рь/2<Мрь Th (2MTh/!04Pb)

Аэромагнитная 5,45 4,516 57,412! 21,258 (17,961) 15,717 (15,540) 42,170(38,253) 17,02 217,9450

Дальняя 3,51 2,102 40,444 20,600(18,277) 15,675 (15,550) 40,932 (38,107) 8,11 157.1740

Комсомольская 4,52 2,565 38,891 20,888(18,654) 15,732(15,612) 41,638 (38,004) 13.24 202,2033

Краснопресненская 1,73 3.504 159,16(1 25,762(16,621) 16,001 (15,510) 47,842 (33,610) 17,31 791,9641

Липа 25,75 3,622 9,064 18,971 (18,450) 15,568(15,540) 39,060 (38,056) 22,15 55,8627

Москвичка 21,62 2,938 8,6571 18,572 (18,075) 15,573 (15,546) 38,561 (37,970) 11,09 32,9138

Сытыканская 0,61 2,167 372,81(1 37,609(16,197) 16,598(15,447) 65,604(34,993) 9,83 1703,4160

Удачная Восточная 4,37 2,223 34,600 20,848(18,861) 15,668(15,561) 41,264(37,962) 11,72 183,7396

Угадайка 2,49 2,821 79,924 21,880(17,290) 15,724(15,477) 42,878(35,816) 13,77 392,9585

Украинская 1,27 5.022 246,75(1 16,468(2,296) 14,942(14,180) 37,801 (30,410) 10,49 411,2634

Фестивальная 1,67 2,920 139,470 26,071 (18,061^ 15,973 (15,543) 49,132 (37,979) 12,90 620,6207

Щукинская 4,68 3,199 47,39]| 21,250(18,528) 15,726(15,580) 42,170(38,250) 14,62 218,1562

Примечание: первичные изотопные соотношения, eSr, i:Ntlрассчитаны на ! " 360 млн. лет, с учетом современных составов UR (87Rb/86Sr = 0.0825 и 87Sr/86Sr = 0,7045) и CHUR (147Sm/144Nd = 0,1967 и I43Nd/l44Nd = 0,512638). Модельные возрасты TnjDm рассчитаны с учетом современного изотопного состава дебетированной мантии (DM): 147Sm/144Nd -0,2135 и 143Nd/144Nd = 0,513151; в скобках приведены изотопные соотношения РЬ, исправленные на 1=360 млн. лет для кимберлитов Далдыно-Алакитского района. Значения для CHUR, UR даны согласно (Jacobsen & Wasserburg, 1984); значения для DM (Goldstein & Jacobsen. 1988).

2. Впервые в пределах района выявлены участки с зональным распределением кимберлитовых тел: от центра к периферии таких участков в кимберлитах происходит увеличение содержаний МцО, Ре О, V, Сг, Л7, на фоне снижения содержаний СаО, С02, ИЬ, Ва и понижения значений величин ¡:,\с1 и сЯг, при этом в периферийных частях развиты наиболее продуктивные кимберлиты.

Собранная в работе уникальная база данных нетрохимического и геохимического составов подавляющего большинства известных на сегодняшний день кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района, позволяет внести ясность в вопрос о зональности кимберлитовых полей/районов. Ранее, вопросы зонального строения районов и полей были рассмотрены в работах (Милашев, 1974; Илу пин, 1971, Илупин и др., 1979 и др.). Однако вопрос о вещественной зональности нолей носил фрагментарный характер и в полном объеме, с использованием современных прецизионных методов изучения вещественного состава всех кимберлитовых тел района, не был решен.

Распределение кластеров в пространстве района. В пределах района но характеру распределения кимберлитов, принадлежащих к определенному кластеру, было выделено 4 участка с зональным строением: в центрах выделенных участков распространены кимберлиты первых трех кластеров, т.е. более карбонатсодержащие кимберлиты, а по периферии распространены менее карбонатсодержащие и более магнезиальные кимберлиты 5-6 кластеров (рис. 6). При этом, общей, концентрической зональности как для всего района в целом, так и для отдельных его частей (северо-восток и юго-запад) установлено не было (Каргин и др., 2008в). При удалении от центра выделенных участков в кимберлитах происходит увеличение содержаний 5Ю2, М£;С), в меньшей степени суммарного железа, Сг, N1 и Бе, а также происходит уменьшение содержаний СаО, 8г, Ва, ЯЬ.

Зоначьное распределение кимберлитов с различными изотопными характеристиками. Установленная выше зональность подтверждается распределением характеристик изотопных систем: от центра к периферии выделенных участков в кимберлитах уменьшаются значения величин еБг и еШ (см. рис. 6). Полученные данные впервые для Далдыно-Алакитского района продемонстрировали закономерности распределения изотопных характеристик кимберлитов в пространстве. Так, значения величин 1:8г и £N(1 для кимберлитов центра участков варьируют от 36,0 до 39,7 и от 4,0 до 5,6 соответственно, а эти же параметры в кимберлитах периферии выделенных участков изменяются от 11,7 до 33,7 и от 2,9 до 4,1 соответственно (табл. 3). Полученные данные свидетельствуют о зональных вариациях состава источников кимберлитов, сопровождающегося сдвигом изотопных характеристик от центра к периферии выделенных участков.

Зональное распределение содержания алмазов. Кимберлитовые трубки, представленные в коллекции, обладают различной степенью продуктивности по содержанию алмаза. Так, на территории района располагаются как уникально алмазоносные кимберлитовые трубки, например Айхал и Удачная, так и убогоалмазоносные кимберлиты с содержанием алмаза меньше 0,3 кр/т - трубки Восток, Начальная и другие. При анализе закономерностей распределения кимберлитов с различной алмазоносностью, было установлено, что промышленные значения содержания алмазов в кимберлитах (более 0,5 кр/т) характерны исключительно для кимберлитов периферии выделенных зональных участков (см. рис 6). В центральных частях выделенных участков продуктивных кимберлитовых тел не обнаружено.

4.1//12Г7

•42/41.5

4.0/ЗбД:^.-

3,6/33,7

3.^27,4

3,9/1,3

¿^,8/22,3

• /4,2/39X7

I \

5,6/30,0 ,3.2^11,7 * *

I а В! 1

И2

I ! з ! . ✓ ^

13.2/11 4 №5

2^/24,8

20 км

Рис. 6. Закономерности распределения вещественных характеристик кимберлитов Далдыно-Алакитского района в пространстве. Условные обозначения: I кимберлитовые тела: а - 1-4 кластеров, б - 5-6 кластеров; 2 - область распространения кимберлитовых тел 1-4 кластеров - центральная часть выделенных участков; 3 - область распространения кимберлитовых тел 5-6 кластеров - периферия выделенных участков; 4 -значения еЖ / значение еБп 5 - алмазоносные кимберлиты (содержание алмазов >0.5 кр/т).

3. Установлено, что фазы внедрения кимберлитового расплава в многофазных трубках различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности по величине отношения !Ьа/УЬ\, а также по химическому составу пикроильменитов (Сг20]), что отражает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитовой трубки.

Подавляющее большинство кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района крупных размеров относится к сложным телам, в которых проявлены две или большее число независимых фаз внедрения кимберлитового расплава (Харькив и др., 1998). Зачастую различные фазы представлены разными петрографическими типами кимберлитов - ПК и АКБ (КБ). Однако не всегда различные петрографические типы соответствуют различным фазам внедрения. В таком случае границы между петрографическими типами неясные, с зонами переходов одних в другие. Для выяснения критериев выделения фаз кимберлитового расплава, автором впервые были проведены детальные сравнения вещественного состава (РФА, 1СР-М8-геохимия, химический состав ильменитов) образцов ПК и АКБ из

сложнопостроенных трубок Далдыно-Алакитского района (Картин и др. 2008а). а также химический состав пикроильменитов из этих же образцов (Картин и др. 2009в).

Различия между /7К и АКБ. Прежде чем перейти к рассмотрению критериев выделения фаз кимберлитового расплава, необходимо установить иетрохимические различия между ПК и АКБ. В настоящей работе было установлено, что АКБ, в отличие от ПК, в изученных трубках обеднены рядом элементов: MgO, Si02, TiOj, Na20, P205, Cr, Zr. Hf, Y, Ga, Th и REE и обладают повышенным содержанием СаО и С02. Повышенная степень постмагматической карбонатизации, наличие автолитов, формирование кимберлитовых тел с повышенным количеством обломочного материала подтверждают большую активность флюидной фазы при формировании АКБ, в отличие от формирования ПК. Таким образом, при дальнейшем сравнении и сопоставлении ПК и АКБ, в первую очередь необходимо рассматривать отношения и характер распределения редких элементов, а не их абсолютное содержание в породе.

На основании данных петрохимических и геохимических анализов ПК и АКБ трубок Молодежная, Молодость, Осенняя, Снежинка, Сытыканская, Удачная, Дальняя, Комсомольская, Угадайка и Украинская были выделены 3 варианта соотношения вещественного состава АКБ и ПК. В первом случае ПК обогащены относительно АКБ всем спектром REE и обладают однородным составом ильменитов; во втором и третьем случаях ПК в различной степени обогащены легкими и обеднены тяжелыми REE, по сравнению с АКБ, а также содержат различные генерации пикроильменитов. Далее кратко рассмотрим два крайних случая.

ПК и АКБ. образованные из одной фазы кимберлитового расплава. Для трубок Угадайка, Комсомольская и Сытыканская характерно равномерное обогащение ПК относительно АКБ практически всем спектром редкоземельных элементов (рис. 7.а), при этом отношение (La/Yb)N остается примерно одинаковым для образцов разных петрографических типов кимберлитов в пределах одной трубки. В образцах ПК и АКБ из трубки Угадайка (La/Yb)N равно 71 и 63, для образцов из трубки Комсомольская - 73 и 60, для образцов из трубки Сытыканская - 96 и 88 соответственно.

1000

100-

10-

II M I II-1 I I I-1 I I I II I I I I I I II Т

0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8

Cs Ва и Та La Pr Sm Hf Ti Tb Y Er Yb Rb Th Nb Ce Sr Nd Zr Eu Gd Dy HoTm Lu

Cr203

Рис. 7. Нормированные к примитивной мантии по (McDonough & Sun, 1995) содержания редких и редкоземельных элементов (а), а также распределение СГ2О3 в пикроильменитах (б) из АКБ и ПК трубки Комсомольская,

Содержание и характер распределения Сг203, MgO и Л1:(), в ильменитах показывают сходство между этими минералами из ПК и АКБ. Так. распределение Сг203 в пикроильменитах как из ПК. так и АКБ трубки Комсомольская наблюдаются два пика: первый в интервале от 0,6 до 0.8 мае. %, второй - от 1,6 до 2.4 мае. %. Это позволяет предположить, что в формировании кимберлитов разных петрографических типов (АКБ и ПК) данных трубок принимали участие одинаковые порции кимберлитовой магмы, сходные между собой по своим характеристикам. По-видимому, согласно определению магматической фазы внедрения, ПК и АКБ трубок Угадайка, Комсомольская и Сытыканская являются продуктами одной фазы внедрения кимберлитового материала. Полученные различия петрохимического состава образцов, вероятно, обусловлены изменением активности флюидной фазы при образовании АКБ и ПК. Также, вполне вероятно разубоживание концентраций редких элементов из-за различной степени контаминации кимберлитов вмещающими карбонатными породами платформенного чехла в ПК и АКБ. При этом отношение (Ьа/УЬ)м остается примерно одинаковым. Аналогичными геохимическими характеристиками обладают ПК и АКБ из трубки Сытыканская.

ПК и АКБ, образованные из разных фаз кимберлитового расплава. Трубки Дальняя, Молодежная, Молодость, Осенняя, Снежинка, Удачная и Украинская характеризуются различной степенью фракционирования REE (рис. 8.а): ПК обогащены легкими REE и обеднены тяжелыми REE по сравнению с АКБ, что обуславливает рост отношения (La/Yb)N от АКБ к ПК более, чем на 30-50%. В образцах АКБ и ПК из трубки Снежинка оно равно 45 и 156, для образцов из трубки Украинская - 36 и 94 соответственно, из трубки Дальняя оно равно 66 и 95, для образцов из трубки Молодежная - 84 и 111, для образцов из трубки Молодость - 73 и 105, для образцов из трубки Осенняя 76 и 107, для образцов из трубки Удачная 63 и 97 соответственно.

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

Сг2о3

Рис. 8. Нормированные к примитивной мантии по (McDonough & Sun, 1995) содержания редких и редкоземельных элементов (а), а также распределение Сг2Оз в пикроильменитах (б) из АКБ и ПК трубки Украинская.

Cs Ва U Та La Pr Sm Hf Ti Tb Y Er Yb Rb Th Nb Ce Sr Nd Zr Eu Cid Dy HoTm Lu

трубка Украинская —•— Ук 3 (ПК)

—о- Ук 7/2 (АКБ)

ПК (11=47; Г""7-] АКБ (п=36)

п°/ 6

П, /о

Украинская

Распределение Сг203, MgO и А1203 в ильменитах показали, что минералы из различных петрографических типов кимберлитов имеют различные характеристики химического состава. Например, характер распределения Сг203 в пикроильменитах разных фаз внедрения трубок Украинская (рис. 8.6) различен - пикроильмениты из

АКБ имеют один ник распределения содержаний Сг203 (интервал от 0,8 до 1.2 мае. %), в то время как ПК - два (интервалы от 0,6 до 0,8 мае. % и от 1,4 до 1,9 мае. %).

Полученные петрогеохнмические и минералогические различия ПК н АКБ предполагают, что в процессе формирования сложнопостроенной кимберлитовой трубки произошло изменение условий образования кимберлитового расплава. Следовательно, источники кимберлитового расплава для ПК и АКБ трубки Украинская несколько различаются между собой, что соответствует определению магматической фазы внедрения. Данные различия вещественного состава могут быть обусловлены изменением доли фаната в реститовом материале в процессе формирования кимберлитового расплава (le Roex et al., 2003); смешением выплавок кимберлитового расплава, поступающего с различных глубин (Ваганов 2000), или изменением условий выплавления кимберлитового расплава. В данном случае петрографические типы кимберлитов образовались в результате внедрения различных кимберлитовых фаз, а геохимические и минералогические различия между ПК и АКБ могут служить критериями выделения кимберлитовых фаз внедрения. Аналогичными геохимическими характеристиками обладают ПК и АКБ из трубки Дальняя, Молодежная, Молодость, Осенняя, Снежинка и Удачная.

Таким образом, для выявления различий между отдельными фазами внедрения кимберлитового расплава необходимо использовать комплекс данных. При этом наиболее информативными геохимическими критериями выделения фаз внедрения является характер распределения редкоземельных элементов и отношение (La/Yb)N; минералогическим критерием может служить распределение содержаний Сг203 в ильменитах. Также установлено, что петрогеохимический состав кимберлитов в большинстве случаев коррелирует с вариациями химического состава пикроильменитов.

4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел, основанные на совокупности данных распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, Ti02, FeO, МпО, Р2О5) и редких элементов, включая REE, а также на значении величин отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).

Необходимость четкого представления о критериях выделения групп кимберлитовых тел обусловлена поиском закономерностей распределения объектов кимберлитового магматизма в пространстве, тем более что часто кимберлиты из одной группы обладают одинаковой степенью алмазоносности. До настоящего момента основными критериями выделения пространственных групп были геофизические, географические и минералогические (Илупин и др., 2003; Костровицкий и др., 2003). Первые данные по изучению петрогеохимических характеристик пространственных групп кимбелитов были получены в работе (Голубсва, 2005), где отражены вариации петрохимического состава кимберлитов в различных полях Якутской провинции.

В настоящей работе приведены результаты изучения петрохимического и геохимического составов образцов кимберлитов Далдыно-Алакитского района, с использованием литературных данных о химическом составе минералов спутников (Илупин и др., 1990; Илупин 2003; Алымова и др., 2004; Алымова и др., 2008). Выделенные пространственные группы кимберлитов и одиночные трубки в пределах Далдыно-Алакитского района представлены на рисунке 9. Полученные данные могут быть использованы при создании прогнозно-поисковых моделей.

цнигви,

Кылахская

НИКР^',**/

„«--•^Светлая Искор^' .*> сытыканскз:

Снежник: _ •

Олимпийская Начальная--»"'* Дружба

Мархинская

' Победа

Ш'

илеиная зерная

Липа [ЦйПа^ость 1 Юность%>! Ком^(

Комсомольская

АЙХ(

1¥>Лира

30 лет.-йй^ала ^ .-Д^Кпасноппесненская ¡'#*!

\ Подтрапповая 0 3

6 КМ

'^-Малютка

, ...........Уа^ная Полярно.) У • / -.у1ксовая

Буковинскаа

.................

Зарниц^^в.Небурашка

Аэромагнитна^ ^

Вес^у^нке-.,

■"'¿"Летняя

Рот-Фро*тв .....-

Прогнозная

,•'«'"1 ^утекая

Украинская

.Ленинградская

Загадочная.

Дальняя

0 4 8км

Рис. 9. Схема расположения кимберлитов юго-запада и северо-востока Далдыно-Алакитского района с выделением пространственных групп кимберлитовых тел. Условные обозначения: - кимберлитовое тело; 2 - пространственная группа кимберлитовых тел; 3 - группы кимберлитовых тел, выделенные ранее по данным (Илупин и др., 1990; Илупин 2004; КозггоуПз^у ^ а!., 2004). Звездочкой отмечены кимберлитовые трубки с промышленным содержанием алмаза (более 0,5 кр/т).

Результаты изучения позволили получить принципиально новые пегрохимическне и геохимические критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел (Каргин и др., 2009а), кошрыс заключаются в следующем:

- несмотря на широкие пределы вариации содержании MgO и СаО, содержание ТЮ: среди кимберлитов одной пространственной группы кимберлитов варьирует в пределах 0,5-1,0 мае. %, А1203 - 1,5 мае. % и Р205 - 0,2-0,3 мае. %. Также сохраняются отношения элементов, обладающих повышенной корреляционной связью между собой, например Ni/Mg, Cr/Mg и др.

- кимберлиты одной пространственной группы по содержанию и отношению REE, а также отношениям Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y и La/Gd (вариация в пределах 30% от образца к образцу) обладают однородным составом, который может отличаться от кимберлитов из других, рядом расположенных пространственных групп.

- пикроильмениты и другие индикаторные минералы, чаще всего обладают сходными характеристиками химического состава и содержатся в равных количествах в кимберлитах одной пространственной группы.

Формирование кимберлитовых тел одной пространственной группы происходило в результате внедрения порций расплавов, образованных в ходе единого процесса магмообразования из однородного мантийного источника. Очень часто, по географическим, геологическим и минеральным характеристикам (Илупин и др., 1990; Илупин 2003; Kostrovitskiy et al., 2004) в пространственные группы объединены кимберлнтовые тела, которые по совокупностям петрогеохимического состава отличаются от рядом расположенных трубок. Формирование таких кимберлитовых тел следует рассматривать отдельно от образования рядом расположенных групп кимберлитов.

С прикладной точки зрения необходимо отметить то, что практически все уникальноалмазоносные кимберлиты не входят в состав той или иной пространственной группы кимберлитовых тел, а должны рассматриваться индивидуально, например, трубки Айхал, Удачная, Юбилейная (см. рис. 9). Также, кимберлиты одной пространственной группы довольно часто обладают одинаковым содержанием алмаза и минералов-спутников. Для примера, кимберлиты группы Подтрапповая практически не содержат минералов-спутников и алмазов, а кимберлиты группы Ленинградская обладают содержанием алмазов в интервале от 0,3 до 0,5 кр/т.

Положение алмазоносных тел в структуре района. При сравнении вещественных характеристик продуктивных кимберлитов с непродуктивными был установлен ряд закономерностей:

1) при переходе от низко к уникально алмазоносным кимберлитам уменьшается содержание Ti02. Помимо этого, все алмазоносные объекты относятся к низкотитанистым или умереннотитанистым типам и по содержанию ТЮ2 сопоставимы с другими алмазоносными кимберлитами Якутии (трубка Мир, кимберлиты Накынского поля);

2) промышленно-алмазоносные кимберлиты в большинстве случаев имеют значения отношения Nb/Zr больше 1, а в целом на графике Nb/Zr образуют тренд, отличный от тренда неалмазоносных кимберлитов;

3) все кимберлнтовые трубки с содержанием алмазов более 0,5 кр/т располагаются по периферии выделенных зональных участков на территории Далдыно-Алакитского района (см. рис. 6). На основании этого можно предположить, что положительными факторами для промышленной алмазоносности являются

повышенное содержание MgO, Cr, Ni и пониженное содержание карбонатного материала. Отрицательными факторами - общая окислительная обстановка (повышенное содержание Fe^O?);

4) по данным изучения Sr и Nd изотопных систем алмазоносных и неалмазоносных кимберлитов было установлено, что для источников продуктивно-алмазоносных кимберлитов характерно более низкое значение величины cNd, в отличие от неалмазоносных кимберлитов.

Основные выводы. Анализ данных, полученных в результате комплексного петрографического, петрохимического, минералогического и геохимического изучения коллекции кимберлитов Якутии (138 образцов кимберлитов из 101 кимберлитового тела Далдыпо-Алакитского района), позволил сделать ряд выводов, касающихся петрологии кимберлитов района, а также получить петрохимические и геохимические критерии выделения основных минерагенических таксонов кимберлитового магматизма:

1. На основании имеющихся геолого-тектонических данных и материалов по вещественному составу пород, установлено сходство между кимберлитами северовосточной и юго-западной частей Далдыно-Алакитского района, традиционно выделяющихся как два самостоятельных поля - Далдынское и Алакит-Мархинское. Несмотря на обширную площадь распространения кимберлитовых тел района (полоса кимберлитовых тел длиной 110 км и шириной 30 км) и широкие вариации содержаний основных петрогенных оксидов, все изученные кимберлиты обладают однородным геохимическим составом и по различным петрохимическим классификациям сходны между собой. Все кимберлитовые тела сопоставимы с кимберлитами группы I Южной Африки (Smith et al., 1985); подавляющее большинство образцов кимберлитов изученной коллекции относится к умеренно-титанистым разностям (1,0 < Ti02 < 2,5 мае. %) по (Кононова и др., 2005).

2. В пределах Далдыно-Алакитского района были выявлены участки с зональным распределением кимберлитов. В центрах таких зон располагаются кимберлиты с повышенным содержанием CaO, С02, Rb, Sr, Ва и пониженным содержанием Si02, Ti02, Fe203, FeO, MgO, V, Cr, Ni, по сравнению с кимберлитами периферии выделенных участков, что может отражать большую активность флюидной фазы при внедрении кимберлитов центральных частей участков. Наряду с этим, от периферии к центру выделенных участков происходит увеличение значений eNd и eSr в изученных образцах кимберлитов. При этом кимберлитовые тела с промышленным и повышенным содержанием алмазов характерны только для периферийных частей выделенных участков.

3. Установлены петрогеохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава в пределах одного кимберлитового тела. Наиболее информативными геохимическими признаками принадлежности петрографических разновидностей кимберлитов к одной фазе внедрения кимберлитового расплава является однородный характер распределения редкоземельных элементов и близкие значения отношения (La/Yb)N; минералогическими - наличие пикроильменитов с идентичным характером распределения хрома на гистограммах. Полученные различия вещественного состава фаз внедрения могут быть обусловлены гетерогенным строением магмогенерирующей зоны или изменением параметров режима кимберлитового магматизма. Например, изменением доли граната в реститовом материале в процессе формирования кимберлитового расплава (le Roex et al., 2003); смешением выплавок

кимберлитового расплава, поступающего с различных глубин (Ваганов 2000), или изменением условии выплавления кимберлитового расплава.

4. На основании полученных петрогеохимических данных установлены критерии выделения пространственных групп кимберлитов (кустов). Кимберлиты одной пространственной группы, несмотря на широкие вариации содержаний MgO и СаО, характеризую гея незначительными вариациями содержаний ТЮ2 (0,5-1,0 мае. %), А1203 (1,5 мае. %) и Р205 (0,2-0,3 мае. %). В геохимическом отношении, образцы кимберлитов одной пространственной группы (куста) обладают однородным содержанием REE и похожими отношениями Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y и La/Gd (вариация в пределах 30% от образца к образцу). Различия между кимберлитами выделенных пространственных групп (кустов) Далдыно-Алакитского района, вероятно, соответствует локальной неоднородности мантийных источников.

5. Показано положение алмазоносных кимберлитовых тел на фоне зональной структуры Далдыно-Алакитского кимберлитового района. Все кимберлитовые трубки с содержанием алмазов более 0,5 кар/т располагаются по периферии выделенных зональных участков на территории Далдыно-Алакитского района. Положительными факторами для наличия алмазов в кимберлитах Далдыно-Алакитского района являются: пониженное содержание TiCb, Fe203 при высоких содержаниях FeO, Cr, Ni, MgO; пониженные значения величины eNd.

Проведенное изучение вещественного состава кимберлитов Далдыно-Алакитского района позволило установить различные уровни гетерогенности мантийных источников кимберлитового магматизма, которые соотнесены с минерагеническими таксонами -район, группа пространственных тел, многофазная трубка. На уровне района для кимберлитового магматизма характерен единый источник, продукты которого обладают широкой вариацией содержаний петрогенных оксидов и редких элементов. Появление участков с концентрически-зональным распределением кимберлитовых тел обусловлено зональным строением магмогенерирующей зоны. Особенности магмопроводящей системы отражены гетерогенностью составов кимберлитов на уровне пространственных групп, а также различных фаз внедрения на уровне кимберлитовой трубки.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Каргин A.B.. Голубева Ю.Ю. Петрохимические критерии выделения кустов кимберлитовых трубок (Далдыно-Алакитский алмазоносный район) // Доклады VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о земле». М.:РГГРУ, 2007. № 4. - С. 93-97. Каргнн A.B.. Голубева Ю.Ю., Богатиков O.A., Кононова В.А. О природе редкоземельной неоднородности в сложнопостроенных трубках Далдыно-Алакитского района (Якутия) // Докл. РАН, 2008а. Т. 418. № 4. - С. 516-519.

Каргин A.B., Голубева Ю.Ю., Кононова В.А. Закономерности пространственного распределения вещественных характеристик кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия) // Проблемы прогнозирования и поисков месторождений алмазов на закрытых территориях: материалы конференции, посвященной 40-летию ЯНИГП ЦНИГРИ АК "АЛРОСА". Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 20086. - С. 68-75.

Каргин A.B.. Голубева Ю.Ю., Кононова В.А. Петрогеохимичсская зональность кимберлитовых полей // Материалы XXV Всероссийского семинара с участием стран СНГ "Геохимия магматических пород. Школа Щелочной магматизм Земли". Санкт-Петербург, 2008в. - С. 62-63.

Каргин A.B. Петрогсохимическая характеристика кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия) // Материалы конференции "Проблемы магматической и метаморфической петрологии" в рамках XVIII чтений в память профессор И.Ф. Трусовой. Москва, 2008г. - С. 26-31.

Каргин A.B., Голубсва Ю.Ю., Кононова В.А. Пстрохимическая характеристика кимберлитов Далдыно-Алакитского района // Известия Вузов: Геология и разведка. 2009а (в печати). Каргин A.B.. Голубева Ю.Ю., Писарев П.А. Петрогеохимические и минералогические характеристики фаз внедрения в сложнопостроенных кимберлитовых трубках Якутии // Материалы 1-й Международной научно-практической конференции молодых ученых к специалистов, посвященная памяти академика А.II. Карпинского 20096. CD-disk. Каргин A.B., Голубева Ю.Ю., Кононова В.А., Писарев П.А. Гетерогенность фаз внедрения в сложнопостроенных кимберлитовых трубках // Руды и металлы, 2009в (в печати). Кононова В.А., Голубева Ю.Ю., Богатиков O.A., Каргин A.B. Алмазоносность кимберлитов Зимнебережного поля (Архангельская область) // Геология рудных месторождений, 2007. № 6. - С. 483-505.

Для заметок

Подписано к печати 21.04.2009 г. Печать цифровая. Формат 60x90 1/16 Усл.печ.л. 1,5. Тираж 120 экз. Отпечатано в типографии «ИГ1 Скороходов В.А.» Москва, Старомонетный пер., д.31 тел.(495) 950-30-39 Заказ № 7320.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Каргин, Алексей Владимирович

Введение

Глава 1. Геолого-тектоническая позиция проявлений кимберлитового магматизма Далдыно-Алакитского района (краткий обзор)

1.1. Краткая геологическая характеристика Далдыно-Алакитского района

1.2. Строение фундамента платформы центра Якутской алмазоносной провинции

1.3. Предположения о составе и строении литосферы (мантийного корня) под Далдыно-Алакитским районом

1.4. Возраст кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района

Глава 2. Сравнительный анализ вещественного состава кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района

2.1. Краткая петрографическая характеристика изученных объектов

2.2. Методология сравнения петрохимического и геохимического состава кимберлитов

2.3. Петрохимическая и геохимическая характеристики изученных кимберлитов

2.4. Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb изотопные системы кимберлитов района

Глава 3. Геохимическая пространственная неоднородность Далдыно-Алакитского района

Глава 4. Критерии выделения фаз кимберлитового расплава, основанные на петрогеохимических и минералогических данных

4.1. Петрохимические различия петрографических типов кимберлитов

4.2. Петрохимические и геохимические критерии выделения фаз кимберлитового расплава

4.3. Минералогические критерии выделения фаз кимберлитового расплава

5. Пространственные группы кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района -вещественный состав и критерии выделения;

5.1. Вещественная характеристика пространственных групп кимберлитовых тел северо-востока района

5.2. Вещественная характеристика пространственных групп кимберлитовых тел юго-запада района

Глава 6. Вопросы генезиса кимберлитовых объектов и положение промышленноалмазоносных тел в структуре района

6.1. Обзор моделей формирования кимберлитового расплава

6.2. Обсуждение генезиса кимберлитов района с использованием полученных изотопных данных

6.3. Модель образования кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района

6.4. Положение промышленно-алмазоносных кимберлитов в структуре района

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Петрология кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия)"

Актуальность исследований. Якутская алмазоносная провинция является основным источником алмазного сырья в нашей стране. Интерес к химическому составу кимберлитов в связи с их продуктивностью, генезисом и закономерностями пространственного размещения сохраняется до настоящего времени (Кривонос, 1999; Василенко и др., 2000; Ваганов, 2000; Илупин, 2003; Костровицкий и др., 2003 и др.). Тем более что завершение эксплуатации таких крупных месторождений как Мир и Удачная, а также редкие открытия новых алмазоносных кимберлитовых трубок, ставят исследователя перед необходимостью развития более эффективных подходов при проведении прогнозно-поисковых работ на алмазы. В частности, в последние годы появилась возможность изучения химического состава кимберлитов прецизионными методами (ICP-MS-геохимия, Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb изотопные системы). В комплексе с геологическими и минералогическими характеристиками кимберлитов, данные, полученные прецизионными методами, могут быть использованы при построении генетических моделей формирования глубинных алмазоносных пород и установлении неоднородности верхней мантии. Практическое значение развития прецизионного подхода к изучению вещественного состава кимберлитов связано с обоснованием выделения разноранговых минерагенических таксонов кимберлитового магматизма (поле, пространственная группа, многофазная трубка), а также с обоснованием перспектив алмазоносности изучаемых территорий, а в частности совершенствование геохимических методов поисков.

Настоящая работа посвящена петрологической интерпретации новых петрогеохимических данных по кимберлитам Далдыно-Алакитского района Якутии. Выбор данного района как объекта исследований основывается, прежде всего, на достаточно высокой степени его геологической и минералогической изученности (многочисленные работы И.П. Илупина, В.И. Ваганова, В.Б. Василенко, С.И. Костровицкого, В.А. Милашева, А.Д. Харькива, Н.В. Соболева, Б.М. Владимирова и многие другие), а также наличии проявлений кимберлитового магматизма с разной степенью алмазоносности (от высоко- до убого-алмазоносных кимберлитов). На основании данных по минералогии и петрографии ранее здесь были выделены пространственные группы (кусты) кимберлитовых тел (Илупин, 2003, Костровицкий и др., 2003). Найденные закономерности размещения кимберлитовых тел в пространстве до настоящего времени не были подтверждены достаточным количеством петрогеохимических данных. В основном, были детально изучены геолого-тектонические, минералогические и петрохимические аспекты, а изучению геохимии пород, в связи с ограниченностью и труднодоступностью методов, уделялось мало внимания. В свете этого, результаты, полученные в данной работе, позволяют считать проведенные исследования актуальными и практически значимыми для дальнейшего изучения кимберлитов Якутии, выявления их алмазоносных разностей, построения петрогеохимических моделей формирования.

1. Установить степень неоднородности вещественного состава кимберлитов в пределах Далдыно-Алакитского района путем сопоставления кимберлитовых тел северо-востока (Далдынское поле) и юго-запада (Алакит-Мархинское поле) района. Определить пределы вариаций петрохимического и геохимического составов кимберлитов в пределах района кимберлитового магматизма. Исследования проведены на основании полученных данных по петрохимическому (РФА), геохимическому (ICP-MS) и изотопному (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) составам кимберлитов.

Москва); 3) определение редких и редкоземельных элементов методом масс-спектрометрии на приборе Elan-6100 DRC в аргоновой плазме в стандартном режиме измерений (ИМГРЭ, Москва); 4) изучение изотопных характеристик Sm-Nd, Rb-Sr, Pb-Pb систем в кимберлитах на многоканальном твердофазовом масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 в статистическом режиме с одновременной регистрацией ионных токов изотопов (ИГГД РАН, Санкт-Петербург); 5) определение химического состава пикроильменитов из кимберлитов коллекции в минеральных препаратах на микрозонде "САМЕСА" MS-46 (ИГЕМ РАН, Москва).

Для изучения петрологии кимберлитов Далдыно-Алакитского района была создана представительная коллекция образцов, включающая практически все известные кимберлитовые тела района. Выбор объектов для исследований в пределах района обусловлен, прежде всего, их пространственным положением. С этой целью в коллекцию вошли кимберлиты из трубок, расположенных в разных частях Далдыно-Алакитского района. Кроме этого, при отборе образцов коллекции учитывалась неоднородность кимберлитов в пределах отдельно взятого магматического тела, связанная со сложностью его строения или многофазностью. Каменный материал и материал по строению и опробованию трубок Далдыно-Алакитского района был предоставлен ФГУП ЦНИГРИ (коллекция и материалы И.П. Илупина). Всего коллекция включает 138 образцов из 101 кимберлитового тела Далдыно-Алакитского района. Перед проведением аналитических исследований все образцы кимберлитов были тщательно просмотрены в шлифах, с целью отбора наименее измененных разностей с невысоким количеством ксеногенного материала (порфировые кимберлиты); при отсутствии таковых изучались автолитовые кимберлитовые брекчии и кимберлитовые брекчии. На основании результатов анализа петрохимического состава 138 образцов (метод РФА), был произведен анализ на редкие элементы и элементы-примеси для 107 образцов изученной коллекции (метод ICP-MS) с отбраковкой анализов, отвечающих контаминированным породам с индексами контаминации C.I. = (SiC>2 + AI2O3 + Na20)/(2K20 + MgO) >1.5 (по Clement, 1982). Базируясь на полученных данных, для 12 образцов было проведено изучение изотопных систем (Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb) и была подготовлена коллекция пикроильменитов (371 зерно) из 8 кимберлитовых тел. Полученные данные были обработаны с использованием статистических методов и построения геохимических диаграмм (распределение редких и редкоземельных элементов, нормированных к примитивной мантии и хондриту; соотношения петрогенных и редких элементов и др.). Результаты интерпретации полученных данных легли в основу защищаемых положений.

Далее приведен перечень всех кимберлитовых трубок Далдыно-Алакитского района (в скобках - количество образцов из трубки): 30 лет Айхала (1), Айхал (3), Алакитская (1),

Аргыс (1), Аэромагнитная (2), Аэросъемочная (1), Байтахская (2), Буковинская (1), Веселая

1), Веснушка (1), Волжанка (1), Восток (2), Геофизическая (1), Геохимическая (1), Горняцкая (1), Дайка Б (Барыгина) (1), Дайковая (1), Далдынская (1), Дальняя (3), Долгожданная (1), Дружба (3), Загадочная (2), Зарница (2), Заря (1), Зимняя (1), Иксовая (1), Ильменитовая (1), им. Бобкова (1), им. Одинцова (1), им. Попугаевой (1), им. Соболева (1), им. Щукина (1), Искорка (1), Кира (1), Кисмет (1), Коллективная (2), Комсомольская (2), Краснопресненская (2), Кылахская (2), Ленинградская (2), Летняя (2), Липа (2), Лира (1), Любимая (1), Магистральная (2), Малютка (1), Мархинская (1), Маршрутная (1), Мастахская

2), Молодежная (2), Молодость (3), Москвичка (1), Надежда (1), Начальная (1), Нева (1), Невидимка (1), НИИГА (1), Ну, погоди (1), Нюрбинская (1), Овал (1), Озерная (1), Октябрьская (1), Олимпийская (1), Осенняя (2), Победа (1), Подтрапповая (2), Полуночная (1), Полярная (1), Прогнозная (1), Радиоволновая (1), Радиогеодезическая (2), Рот-Фронт (1), Салют (1), Саратовская (1), Светлая (1), Сибирская (1), Синильга (1), Славутич (1), Смежная (1), Снегопадная (1), Снежинка (3), Студенческая (1), Сувенир (1), Сытыканская(2), Тайная (1), Талисман (1), Угадайка (1), Удачная-Восточная (1), Удачная-Западная (1), Украинская (1), Файннггейновская (2), Фестивальная (1), ЦНИГРИ (1), Чебурашка (1), Эврика (1), Электра (1), Эндир (1), Юбилейная (4), Юность (1), Якутская (2).

Научная новизна работы. Впервые создан банк петрогеохимических данных по Далдыно-Алакитскому алмазоносному району, включающий анализы петрохимического и геохимического состава практически всех известных кимберлитовых тел района (138 образцов из 101 кимберлитового тела). Анализы выполнены прецизионными методами (РФА, ICP-MS, Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb изотопные системы) в одних и тех же лабораториях примерно в одно и то же время. Принципиально новыми результатами изучения кимберлитов Якутии являются следующие:

1. Установлено, что, несмотря на обширную площадь распространения кимберлитов в пределах Далдыно-Алакитского района и широкие вариации петрохимических характеристик (содержания S1O2, MgO и СаО), все изученные объекты обладают довольно однородным геохимическим составом. Не были выявлены существенные петрогеохимические различия между кимберлитами северо-востока (Далдынское поле) и юго-запада (Алакит-Мархинское поле) Далдыно-Алакитского района, что позволяет предполагать однородность источников магматизма для всего района в целом.

2. В пределах Далдыно-Алакитского алмазоносного района выявлены участки с зональным распределением вещественных характеристик кимберлитов. От центра к периферии таких участков происходит увеличение содержаний MgO, FeO, V, Сг, Ni, на фоне снижения содержаний СаО, СО2, Rb, Sr, Ва и понижения значений величин sNd и eSr. При этом кимберлитовые тела с промышленным и повышенным содержанием алмазов характерны только для периферийных частей выделенных участков.

3. Выявлены геохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава: они различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности отношению La/Ybn, а также по химическому составу пикроильменитов (содержание СГ2О3, AI2O, MgO), что отражает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитового тела.

4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел (кустов), основанные на характере распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, ТЮ2, FeO, MnO, Р2О5) и редких элементов, включая REE, а также ряд отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).

1. Установлены закономерности пространственного распределения вещественных характеристик кимберлитов Далдыно-Алакитского района, что в комплексе с геофизическими, геологическими и минералогическими данными может быть использовано при создании эталонной модели алмазоносного кимберлитового поля и района для дальнейшего прогнозирования новых кимберлитовых полей на перспективных площадях.

2. Предложен ряд новых петрогеохимических признаков (распределение породообразующих оксидов, отношения редких элементов) для обоснования выделения минерагенических таксонов в пределах района кимберлитового магматизма (многофазное кимберлитовое тело, пространственная группа кимберлитовых тел). Полученные закономерности предоставляют еще один независимый подход к выяснению внутренней структуры кимберлитового поля и района, что может быть использовано при рассмотрении процессов формирования кимберлитов, а также при планировании поисковых работ на обнаружение кимберлитовых трубок в пределах известного района.

3. Показано положение алмазоносных кимберлитовых тел относительно выявленной зональной структуры Далдыно-Алакитского кимберлитового района. Для них характерно: пониженное содержание ТЮг, РегОз и карбонатной составляющей на фоне высоких содержаний MgO, Сг, Ni; высокие (>1) величины отношения Nb/Zr, а также минимальные значения величин sNd. Наряду с этим, промышленно-алмазоносные кимберлиты района располагаются по периферии выделенных зональных участков, а установленные группы кимберлитовых тел обладают одинаковым уровнем содержания алмаза. Полученные данные могут быть использованы при обосновании перспектив алмазоносности изучаемых территорий.

Кимберлитовая провинция — рассматривается как эквивалент петрографической провинции: крупный геотектонический элемент - складчатая область или платформа, характеризующаяся особой серией магматических формаций. Пример — Якутская (ВосточноСибирская) кимберлитовая провинция.

Поле кимберлитовых тел - совокупность пространственных групп кимберлитов, которые имеют какие-либо общие петрографические, геохимические характеристики, в отличие от остальных объектов в пределах района.

Пространственная группа кимберлитовых тел (куст трубок) - группа сближенных кимберлитовых тел, обладающих однородным петрохимическим, геохимическим и минералогическим составом, а также отличающихся от близ расположенных тел в пределах поля/района.

Фаза внедрения расплава - 1) порция однородной магмы, поступающей из глубины на поверхность (эффузивная фаза); 2) этап внедрения магмы в верхние структурные этажи в течение определенного цикла магматизма, из общих для комплекса источников. Одна фаза может быть представлена различными петрографическими типами кимберлитов.

Петрографический тип — разновидности кимберлитов, различающихся между собой по ряду петрографических признаков (минеральный состав, структура, текстура, морфология тел). В данной работе рассмотрены три основных типа: порфировый кимберлит (ПК), автолитовая кимберлитовая брекчия (АКБ) и кимберлитовая брекчия (КБ).

Защищаемые положения.

1. На основе нового аналитического материала показана близость петрохимического (РФА), геохимического (ICP-MS) и изотопного (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) составов кимберлитов Далдынского и Алакит-Мархинского полей, что в сочетании с данными по геологическому строению позволяет рассматривать их в составе единого района кимберлитового магматизма.

Исторически кимберлитовые тела Далдыно-Алакитского района принято объединять в два поля - Далдынское и Алакит-Мархинское, основываясь на географических и геофизических положениях. В настоящей работе показано сходство вещественного состава кимберлитов этих полей, что служит предпосылкой для объединения их в один район кимберлитового магматизма.

2. Впервые в пределах района> выявлены участки с зональным распределением кимберлитовых тел: от центра к периферии таких участков в кимберлитах происходит увеличение содержаний MgO, FeO, V, Cr, Ni, на фоне снижения содержаний CaO, СО2, Rb, Sr, Ва и понижения значений величин eNd и eSr, при этом в периферийных частях развиты наиболее продуктивные кимберлиты.

3 Установлено, что фазы внедрения кимберлитового расплава в многофазных трубках различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности по величине отношения La/Ybu, а также по химическому составу пикроильменитов (СГ2О3), что отражает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитовой трубки.

4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел, основанные на совокупности данных распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, ТЮ2, FeO, МпО, Р2О5) и редких элементов, включая REE, а также на значении величин отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd). и

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Каргин, Алексей Владимирович

Выводы:

Результаты изучения позволили получить принципиально новые петрохимические и геохимические критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел (Каргин и др., 2009а), которые заключаются в следующем:

- несмотря на широкие пределы вариаций содержаний MgO и СаО, содержание ТЮ2 среди кимберлитов одной пространственной группы кимберлитов варьирует в пределах 0,5-1,0 мае. %, А12Оз - 1,5 мае. % и P2Os - 0,2-0,3 мае. %. Также сохраняются отношения элементов, обладающих повышенной корреляционной связью между собой, например Ni/Mg, Cr/Mg и др.

Формирование кимберлитовых тел одной пространственной группы происходило в результате внедрения порций расплавов, образованных в ходе единого процесса магмообразования из однородного мантийного источника. Очень часто, по географическим, геологическим и минеральным характеристикам (Илупин и др., 1990; Илупин 2003; Kostrovitskiy et al., 2004) в пространственные группы объединены кимберлитовые тела, которые по совокупностям петрогеохимического состава отличаются от рядом расположенных трубок. Формирование таких кимберлитовых тел следует рассматривать отдельно от образования рядом расположенных групп кимберлитов.

4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел, основанные на совокупности данных распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, ТЮ2, FeO, MnO, Р2О5) и редких элементов, включая REE, а также на значении величин отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).

Глава 6. Вопросы генезиса кимберлитовых объектов и положение промышленно-алмазоносных тел в структуре района

Конечной целью всех исследований, связанных с изучением химического состава кимберлитов, является создание генетических моделей их формирования, которые могли бы объяснить все разнообразие данных пород, а также выявить закономерности их размещения во времени и пространстве. К настоящему моменту известны многочисленные гипотезы, в различной степени обосновывающие ряд специфических признаков кимберлитов, к которым относятся: гетерогенная природа кимберлитов, обогащение некогерентными элементами, а также различная степень алмазоносности. При создании модели формирования кимберлитов необходимо учитывать влияние всех процессов, факторов и их сложного взаимодействия на протяжении всей истории формирования и эволюции кимберлитовых магм вплоть до момента внедрения.

6.1. Обзор моделей формирования кимберлитового расплава.

В принятой петрографической классификации магматических горных пород (Магматические., 1985) кимберлиты относятся к высококалиевым ультраосновным породам, но они обладают уникальным повышенным содержанием несовместимых редких элементов. Такие уникальные данные геохимического состава могут свидетельствовать о сложных, многостадийных условиях формирования кимберлитовых магм. Гипотезы формирования кимберлитовой магмы, включающие физико-химические условия плавления, состав источника и эволюцию мантийного вещества, в основном основываются на экспериментальных, или расчетных данных, которые сопоставляются с петрохимическими и изотопно-геохимическими составами образцов кимберлитов известных провинций.

Фактические данные изучения минералов кимберлитов и ксенолитов накладывают ряд ограничений на предполагаемые модели. Так, присутствие алмаза предполагает, что глубины формирования кимберлитового расплава должны быть более 150 км (Dawson, 1980). Наличие во включениях в алмазах мейджеритового граната и фазы Р-оливина (со шпинель подобной структурой) предполагает, что область генерации кимберлитовой магмы может достигать переходной зоны верхняя-нижняя мантия, на глубинах порядка 600 км и давлениями свыше 15 ГПа (Moore & Gurney, 1989). В экспериментальных работах (Ringwood, 1992) было доказано, что расплавы, подобные кимберлитовым, могут образовываться в результате частичного плавления ассоциации мейджорит + Р-оливин, при давлении 16 ГПа и температуре 1650°С. Подобные минеральные фазы могут образовываться в результате изменения океанической коры в процессе субдукции в переходную зону верхняя-нижняя мантия (400-650 км).

С конца 80-х готов активно обсуждается влияние С02 флюида на образование кимберлитового расплава. В работе (Taylor et al., 1994) были предположены соображения об источнике кимберлитов группы I Южной Африки, который образовался непосредственно в результате частичного плавления погруженной в переходную зону переработанной гетерогенной океанической коры. Исходный расплав на границе перехода Р-оливина в а-оливин испытал дегазацию и устремился вверх через весь разрез субконтинентальной литосферы. В работе, посвященной высококалиевым породам (Mitchell, 1995), было предложено, что источник кимберлитов образовался в результате частичного плавления обогащенного несовместимыми редкими элементами мантийного перидотита при существенной роли С02.

Эксперименты в системе Ca0-Mg0-Al203-Si02-C02 (CMAS-C02) показали, что при определенных давлениях и температурах, а также низких степенях частичного плавления, в изученной системе возможно образование кимберлитового расплава (Dalton & Presnall, 1998а, 1998b). В последующих экспериментальных работах были установлены непрерывные градации среди первичных карбонатитовых, кимберлитовых, мелилититовых, базальтовых, пикритовых и коматиитовых расплавов в равновесии с гранатовым лерцолитом в системе CMAS-C02 (Gudfinnsson & Presnall, 2005) при различных давления и температурах, а также активности ССЬ. Так, составы, аналогичные кимберлитам группы 1 и 2, могут образовываться при давлениях свыше 10 ГПа и 5-6 ГПа соответственно, при низких степенях частичного плавления и активном участие С02.

В работе (Сорохтин и др., 2004) предложена геологическая модель формирования кимберлитов и родственных им глубинных пород за счет затягивания на большие глубины (до 200-250 км) под древние континенты осадков раннего протерозоя, их плавления и магматической дифференциации. После возникновения растягивающих напряжений в континентальной литосфере эти расплавы могут стремительно извергаться на поверхность Земли. Родственные кимберлитам породы щелочно-ультраосновного ряда при этом обычно зарождаются на существенно меньших глубинах, чем кимберлиты, располагаются ближе всего к фронту бывшей зоны подвига плит, на расстояниях от 100 до 200-300 км от ее фронта. Алмазоносные кимберлиты располагаются дальше других аналогичных образований — на расстояниях от 300 до 600-650 км от фронта раннепротерозойской зоны подвига плит, т.е. ближе к центру провинции.

Последующие экспериментальные работы по плавлению карбонатсодержащих перидотитов при давлении 6-10 ГПа (Brey et al., 2008) показали, что расплавы, похожие на кимберлиты, не могут напрямую выплавляться из примитивной мантии. По результатам геохимических исследований полученных фаз в равновесии с реститом, были сделаны выводы, что кимберлитовые расплавы являются продуктами частичного плавления ранее деплетированного, а затем обогащенного мантийного перидотита.

С развитием изотопной геохимии был оценен вклад субдуцируемой океанической коры, которая ранее только предполагалась для многих моделей формирования кимберлитовой магмы. В работах (Nowell et al., 2004; Gaffney et al., 2007) были получены характеристики Lu-Hf и Sm-Nd изотопных систем, которые показали, что кимберлиты, сопоставимые с группой I Южной Африки, унаследовали значения величины eHf от древней океанической коры, которая была погружена в процессе субдукции в переходную зону мантии. Это произошло не ранее чем 1 млрд. лет назад в истории развития Земли, т.е. задолго до формирования кимберлитов. При попадании такой океанической плиты в зону субдукции происходят выплавки небольших порций расплава, которые обогащают вышележащие мантийные перидотиты некогерентными элементами. С течением времени, плавление именно таких мантийных перидотитов под воздействие поднимающихся флюидных потоков приводит к возникновению кимберлитовой магмы.

Таким образом, если суммировать полученные за последнее время данные, то можно полагать, что кимберлитовые расплавы образуются путем частичного плавления ранее деплетированного, затем метасоматизированного, ильменитсодержащего гранатового перидотита верхней мантии в присутствии существенно водно-углекислого флюида в диапазоне температур 1300-1600°С (преобладают 1400-1500°С), давлений 4.0-16.0 ГПа (преобладают 5.0-9.0 ГПа). При этом можно выделить как минимум три стадии:

- первая стадия заключается в деплетировании мантийных перидотитов, например во время формирования древней континентальной коры;

- вторая стадия включает обогащение мантийных перидотитов некогерентными элементами. Эти процессы могут быть вызваны субдукцией древней океанической коры и ее погружением, вплоть до переходной зоны мантии. Океаническая кора преобразуется и испытывает эпизоды частичного плавления очень малых степеней. В результате этих процессов происходит обогащение вышележащих сублитосферных перидотитов на глубине 200-600 км в зависимости от геологического строения региона;

- третья стадия происходит в следующий эпизод развития континента — под действием восходящих потоков, при активном участии флюида (С02 и др.) происходит плавление уже ранее метасоматизированных мантийных перидотитов. Образуются первые порции кимберлитового расплава, насыщение зоны магмообразования флюидной составляющей, подъем новообразованной магмы с захватом глубинных ксенолитов.

6.2. Обсуждение генезиса кимберлитов района с использованием полученных изотопных данных.

По ряду важных вопросов генезиса кимберлитов, включая природу источника их расплава, до сих пор существуют серьезные разногласия. Это вызвано отрывочным характером экспериментальных данных для модельных кимберлитовых систем, а также трудностями установления состава их первичных расплавов (Рябчиков, 2002). Одним из способов, позволяющих судить о характерных особенностях состава мантии (истощенная, обогащенная), а также количестве и природе корового (верхняя, нижняя кора) материала в источнике кимберлитов, является анализ изотопных данных.

Для изученных кимберлитов, как было показано в главе 2, характерной особенностью являются широкие вариации значений отношения (87Sr/86Sr)j при постоянном значении величины eNd. Подобного рода вариации могут иметь несколько объяснений. Остановимся на некоторых из них. В ряде работ (Костровицкий и др., 1999; Костровицкий и др., 2007)

Я7 ЯЛ отмечается, что подобные широкие вариации значений отношения ( Sr/ Sr); могут быть вызваны интенсивным воздействием существенно карбонатного осадочного чехла или зависеть от степени карбонатизации исходных кимберлитов. Так, в работе (Костровицкий и др., 2007) авторами была получена прямая корреляция между величиной 87Sr/86Sr и степенью карбонатизации пород, для кимберлитов, отобранных из одной трубки (Верхнемунского поля). В результате было установлено, что значение 87Sr/86Sr увеличивается с повышением в породе доли COi. Для кимберлитов Далдыно-Алакитского района была построена диаграмма eSr-CaO (рис. 52), которая демонстрирует, что с увеличением содержания карбонатной составляющей увеличиваются значения величины eSr.

Наряду с моделью карбонатизации, в работах (Агашев и др., 2000; Агашев и др., 2006; Лапин и др., 2007) приводятся альтернативные модели возникновения вариаций изотопного состава Sr. В этих работах показано, что широкие вариации значений отношения (87Sr/86Sr)i могут быть вызваны наличием гетерогенных мантийных источников, которые образовались в результате поступления в них глубинного материала с высоким отношением Rb/Sr, низкими отношением Sm/Nd (Лапин и др., 2007). Частичное плавление такой изотопно-гетерогенной

87 86 мантии может привести к образованию расплавов, в которых отношения Sr/ Sr и 143Nd/144Nd колеблются в интервале, аналогичном установленным для кимберлитов Якутии (Zindler A. et al., 1979). В работе (Агашев и др., 2000) показано, что в источнике кимберлитов Якутии фиксируется добавка 1-5% расплава с высоким отношением Sr/Nd (например, расплав, выплавленный при низких степенях частичного плавления из источника типа EMII).

О 4 8 12 16

CaO (мас.%)

Рис. 52. Диаграмма sSr-CaO для кимберлитов Далдыно-Алакитского района.

Условные обозначения: 1 — кимберлиты Далдыно-Алакитского района.

Таким образом, изучение изучении Rb-Sr и Sm-Nd изотопных систем показало, что источник кимберлитового магматизма района соответствует слабо деплетированной сублитосферной мантии с широкой вариацией значений величины eSr. Широкий предел вариации которой, может быть обусловлен как изотопным смешением в процессе контаминации материалом земной коры (Костровицкий и др., 2007), так и изотопной неоднородностью мантии, образованной в результате неоднократно проявляющегося глубинного метасоматоза (Агашев и др., 2000; Агашев и др., 2006; Лапин и др., 2007).

6.3. Модель образования кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района.

Образование петрогеохимической неоднородности района (участки с зональным распределением вещественных характеристик кимберлитов, см. главу 3) можно объяснить на основе модели образования алмазов и гранатов для кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района (Malkovets et al., 2007). В результате изучения перидотитовых парагенезисов в ксенолитах из трубок Далдыно-Алакитского района было установлено, что высокопродуктивные (наиболее алмазоносные) кимберлитовые трубки содержат в большом количестве высокохромистый гранат, типа G10 из гарцбургитового парагенезиса (глубины порядка 140-180 км), который является главным минералом-спутником алмаза (Соболев 1971). Наряду с этим, низкопродуктивные (неалмазоносные) кимберлиты не содержат высокохромистых гранатов из гарцбургитового парагенезиса, но содержат в большом количестве хромиты из гарцбургитового парагенезиса с глубин порядка 140-180 км.

В настоящее время получила широкое распространение идея метасоматического формирования граната G10 и алмаза. В ряде работ (Klein-BenDavid & Pearson, 2009 и ссылки в работе) на основании изучения химического состава, распределения редких элементов, а также изучении Rb-Sr, Sm-Nd и Lu-Hf изотопных систем гранатов G10 и кимберлитов из трубок Ekati (Канада) и Murowa (Зимбабве), была установлена первостепенная роль флюидной фазы при образовании граната и алмаза. В работе (Malkovets et al., 2007) по изучению глубинных ксенолитов из кимберлитов Далдыно-Алакитского района предлагается модель, по которой как высокохромистый низкальциевый гранат, так и алмазы являются вторичной фазой в гарцбургитах, образованной в результате метасоматического воздействия обогащенных метаном флюидов (CHt+ и НгО). Действительно, из литературных источников известно несколько реакций взаимодействия флюида с перидотитами содержащих хромит, в результате которых может образоваться алмаз и гранат. Первая реакция протекает по следующей схеме (1) из работы (Maruoka et al., 2004):

Fe203 (хромит) + CH4 (флюид) => С (алмаз или графит) + Н2О + FeO (1)

Параллельно протекает вторая реакция, по схеме (2) из работы (Bell et al., 2005): хромит + ортопироксен + Si, Са (флюид) => высокохромистый гранат G10 (2)

Таким образом, согласно этой модели, при подъеме кимберлитового расплава, обогащенного флюидом, может происходить взаимодействие с гарцбургитовой литосферой, в результате которого образуются гранат и алмаз (примеры высоко алмазоносные трубки Удачная, Юбилейная, Комсомольская и Сытыканская). В случае низкопродуктивных кимберлитовых трубок, произошло внедрение кимберлитового материала без взаимодействия с гарцбургитами, (низкоалмазоносные трубки Геофизическая, Светлая, Якутская).

Сопоставляя полученные в работе (Malkovets et al., 2007) результаты с выявленной вещественной неоднородностью Далдыно-Алакитского района, можно предположить следующую модель образования кимберлитов, которая отражает в полном объеме все полученные в работе результаты. Рассмотрим формирование выделенных в главе 3 участков с зональным распределением кимберлитовых тел в пространстве. В центрах таких участков образуются высококарбонатные, непродуктивные (содержания алмазов менее 0,5 кр/т) кимберлиты с повышенным значением величин eSr и eNd. По всей видимости, при формировании кимберлитовых расплавов центральных частей зональных участков, доля и активность флюидной фазы была достаточно высокой, для того, чтобы непосредственно после выплавки кимберлитового расплава произошел быстрый подъем кимберлитовой магмы. В ходе такого подъема не было взаимодействия с гарцбургитовым материалом литосферы, следовательно, не произошло новообразования алмазов в промышленных масштабах. Быстрый подъем кимберлитового материала также может быть связан с зоной повышенной проницаемости. На поверхности мы наблюдаем небольшие кимберлитовые тела, с низким содержанием алмазов, сложенные преимущественно брекчиями или автолитовыми кимберлитовыми брекчиями с высокой долей карбонатного вещества, которое, по всей видимости, образовалось в результате высокой активности флюидной фазы на постмагматическом этапе. Большинство кимберлитов из центральных участков северо-востока Далдыно-Алакитского района содержат в меньшем количестве высокожелезистые минералы (Илупин и др., 1981).

На периферии выделенных участков наблюдается иная ситуация. По всей видимости, новообразованный кимберлитовый расплав обладал меньшими скоростями подъема, что содействовало протеканию метасоматических реакций с гарцбургитовой литосферой. В итоге кимберлитовый расплав и флюид, сопутствующий кимберлитовому магматизму, вступили в метасоматические реакции с новообразованием алмаза и граната. Затем происходит дальнейший подъем и внедрение кимберлитов. На поверхности, по периферии выделенных участков, мы наблюдаем менее карбонатсодержащие, более магнезиальные кимберлиты, представленные преимущественно порфировыми и реже автолитовыми кимберлитовыми брекчиями с более низкими значениями величин eSr и eNd в отличие от кимберлитов центров участков. Повышенное содержание MgO и переходных элементов в кимберлитах периферии участков (5-6 кластеров) в отличие от кимберлитов центральных частей выделенных участков (1-3 кластеры) (см. главу 2) может быть объяснено добавлением расплавов, выплавленных из гарцбургитовой литосферы в ходе вышеописанных метасоматических реакций. В таких кимберлитах содержится большее количество алмазов, а некоторые из них являются высокопродуктивными (в том числе с образованием уникальных месторождений (Malkovets et al., 2007).

Однако нельзя связывать образование всех алмазов в кимберлитовых телах с вышеописанными процессами. В алмазах известны довольно редкие включения Sr-магнетоплюмбита, Ва-магнетоплюмбита (хоторнеит), К-магнетоплюмбита (ийменгит) (Bulanova et al., 2004), которые, в силу своего происхождения, могут свидетельствовать о перекристаллизации алмаза под воздействием кимберлитового расплава (Гаранин, 2006). В таком случае, основная масса алмазов из кимберлитовых тел (в том числе и ювелирного качества) может формироваться на зародышах алмаза в мантии в магматических очагах, начиная с возраста порядка 4 млрд. лет назад, и продолжаться дискретно (поэтапно) на протяжении докембрийского времени до внедрения кимберлитов (Гаранин, 2006). Часть алмазов в кимберлитах имеет более древний возраст, нежели кимберлитовый магматизм. Изотопные возраста включений в алмазах соответствуют как древним эпохам становления кратонов, так и времени образования кимберлитовых расплавов (Richardson et al., 1984, 1993; Burgess et al., 2002 и др.). В последнем случае алмаз является акцессорным минералом, и содержится в непромышленных количествах.

Суммируя вышесказанное, можно проиллюстрировать модель формирования кимберлитов Далдыно-Алакитского района, которая показана на (рис. 53). Вероятнее всего, каждый выделенный участок на территории Далдыно-Алакитского района представляет собой проекцию центральных частей флюидных потоков, генерирующих кимберлитовые магмы. При этом из-за различного воздействия кимберлитового расплава и флюида на мантийные породы, в пределах района формируются пространственные группы кимберлитовых тел, которые различаются по ряду вещественных характеристик (см. главу 5).

Высоко магнезиальные кимберлиты с повышенным содержанием алмаза периферийной части выделенных зональных уч непродуктивные кимберлиты с повышенным содержанием карбонатного материала центра выделенных | з<^ал№ых участков

Образования кимберлитов разных пространственных групп с различными характеристиками вещественного состава

Быстрый подъем флюида и кимберлитового расплава без взаимодействия с мантийными перидотитами в зоне повышенной проницаемости

Результат метасоматического взаимодействия флюида и вмещающих мантийных перидотитов

Взаимодействие расплава/флюида с вмещающими мантийными перидотитами с новообразованием алмаза и фаната G10

200 км

Выплавка кимберлитового расплава из ранее обогащенного астеносферного источника с высокими значениями eNd и eSr

Астеносфера метасомагизироеанный перидотит с кристаллами алмаза и граната G10 дебетированный лерцолит с кристаллами клинопироксена, фаната и единичными кристаллами алмаза деплеггированкый гарцбургит с кристаллами клинопироксена, rpaiara

Рис. 53. Модель образования кимберлитов Далдыно-Алакитского района, с использованием модели формирования алмаза и граната G10 по (Malkovets et а!., 2007).

6.4. Положение промышленно-алмазоносиых кимберлитов в структуре района.

В состав изученной коллекции кимберлитов вошли образцы из продуктивных (высокоалмазоносных) кимберлитовых трубок Далдыно-Алакитского района. Такие трубки как Удачная, Юбилейная, Айхал и Сытыканская образуют месторождения, а трубки Зарница, Дальняя, Комсомольская и Краснопресненская содержат алмаз в количестве более 0,5 кр/т, в отличие от остальных, непродуктивных кимберлитовых тел, где алмаз встречен в меньших количествах (менее 0,3 кр/т). В целом, в литературе Далдыно-Алакитский район, вместе с другими кимберлитами центра Якутской провинции рассматривается как потенциально алмазоносный. Одной из задач данного исследования было установление петрохимических и геохимических критериев алмазоносности. Однако решение поставленной задачи оказалось затруднительным, поскольку алмазоносные кимберлиты представлены в коллекции единичными образцами (как и все остальные кимберлитовые тела) и, как выяснило изучение вещественного состава, почти все кимберлиты Далдыно-Алакитского района обладают однородным геохимическим составом при широкой вариации основных петрохимических элементов (см. главу 2). Несмотря на это, при сравнении вещественных характеристик алмазоносных кимберлитов с неалмазоносными был установлен ряд закономерностей:

1. при переходе от низко к уникально алмазоносным кимберлитам уменьшается содержание оксида титана (рис. 54). Помимо этого, все алмазоносные объекты относятся к низкотитанистым или умереннотитанистым типам по (Богатиков и др., 2004) и по содержанию ТЮг сопоставимы с другими алмазоносными кимберлитами Якутии (трубка Мир, кимберлиты Накынского поля) (Голубева 2005);

2. высокоалмазоносные кимберлиты в большинстве случаев имеют значения отношения Nb/Zr больше 1, а в целом на графике Nb/Zr (рис. 55) образуют тренд, отличный от тренда неалмазоносных кимберлитов;

3. все кимберлитовые трубки с. содержанием алмазов более 0,5 кр/т располагаются по периферии выделенных зональных участков на территории Далдыно-Алакитского района (см. главу 3 и рис. 29). На основании этого можно предположить, что положительными факторами для промышленной алмазоносности являются повышенное содержание MgO и пониженное содержание карбонатного материала. Отрицательными факторами — общая окислительная обстановка (повышенное содержание РегОз) и повышенное содержание карбонатного материала (рис. 56).

4. по данным изучения Sr и Nd изотопных систем алмазоносных и неалмазоносных кимберлитов было установлено, что для источников наиболее алмазоносных кимберлитов характерно более низкое значение величины eNd, в отличие от неалмазоносных кимберлитов рис. 57). Полученные данные сопоставимы с данными по алмазоносности кимберлитов Архангельской провинции, где наиболее алмазоносные кимберлиты Золотицкого поля и трубки им. Гриба имеют значения sNd ниже, чем непродуктивные кимберлиты Кепинского поля (Кононова и др., 2002; Кононова и др., 2007);

5. все уникальноалмазоносные кимберлиты не в ходят в состав той или иной пространственной группой, а рассматриваются отдельно, например, трубки Айхал, Удачная, Юбилейная (см. рис. 42 и рис. 43). Также, кимберлиты одной пространственной группы довольно часто обладают одинаковым содержанием алмаза и минералов-спутников.

Таким образом, для промышленно-алмазоносных кимберлитов Далдыно-Алакитского района характерно: пониженное содержание ТЮ2, БегОз и карбонатной составляющей на фоне высоких содержаний MgO, Cr, Ni; высокие (>1) величины отношения Nb/Zr, а также минимальные значения величин sNd. Наряду с этим, промышленно-алмазоносные кимберлиты района располагаются по периферии выделенных зональных участков, а установленные группы кимберлитовых тел обладают одинаковым уровнем содержания алмаза. Полученные данные могут быть использованы при обосновании перспектив алмазоносности изучаемых территорий.

1 г

CM о F

10 20 30

MgO (мае, %)

Рис. 54. Диаграмма Ti02-Mg0 для кимберлитов Далдыно-Алакитского района с различной степенью алмазоиосности. При переходе от низко к уникально алмазоносным кимберлитам уменьшается содержание оксида титана.

Условные обозначения: 1 - уникально алмазоносные, 2 - средне алмазоносные, 3 - низко алмазоносные.

100

100 200 300

Zr(ppm)

Рис. 55. Диаграмма Nb-Zr для кимберлитов Далдыно-Алакитского района с различной степенью алмазоносности. Высокоалмазоносные кимберлиты в большинстве случаев имеют значения отношения Nb/Zr больше, чем 1 и образуют тренд, отличный от тренда неалмазоносных кимберлитов

Условные обозначения: 1 - уникально алмазоносные, 2 - средне алмазоносные, 3 - низко алмазоносные, 4 -неалмазоносные. о га О N Ш

10 15 20 25 30

MgO (мае. %)

Рис. 56. Вариация вещественного состава алмазоносных и неалмазоносных кимберлитов Далдыно-Алакитского района. Положительным факторам для алмазоносности является пониженное содержание Fe^Oi - восстановительная обстановка. Условные обозначения: 1 - алмазоносные кимберлиты с содержанием алмазов > 0,5 кр/т, 2 - неалмазоносные кимберлиты с содержанием алмазов < 0,5 кр/т.

10 8 6

4 Ч

2 0

-о —

-2 — -4

-1 Р-2 * *

-25

25 eSr

Рис. 57. Диаграмма eNd - eSr для алмазоносных и неалмазоносных кимберлитов Далдыно-Алакитского района. Для источников наиболее алмазоносных кимберлитов характерна большая степень деплетированности источника, в отличие от неалмазоносных кимберлитов.

Условные обозначения: 1 - алмазоносные кимберлиты с содержанием алмазов > 0,5 кр/т, 2 - неалмазоносные кимберлиты с содержанием алмазов < 0,5 кр/т.

Заключение

Анализ данных, полученных в результате комплексного петрографического, петрохимического, минералогического и геохимического изучения коллекции кимберлитов Якутии (138 образцов кимберлитов из 101 кимберлитового тела Далдыно-Алакитского района), позволил сделать ряд выводов, касающихся петрологии кимберлитов района, а также получить петрохимические и геохимические критерии выделения основных минерагенических таксонов кимберлитового магматизма:

1. На основании имеющихся геолого-тектонических данных и материалов по вещественному составу пород, установлено сходство между кимберлитами северо-восточной и юго-западной частей Далдыно-Алакитского района, традиционно выделяющихся как два самостоятельных поля — Далдынское и Алакит-Мархинское. Несмотря на обширную площадь распространения кимберлитовых тел района (полоса кимберлитовых тел длиной 110 км и шириной 30 км) и широкие вариации содержаний основных петрогенных оксидов, все изученные кимберлиты обладают однородным геохимическим составом и по различным петрохимическим классификациям сходны между собой. Все кимберлитовые тела сопоставимы с кимберлитами группы I Южной Африки (Smith et al., 1985); подавляющее большинство образцов кимберлитов изученной коллекции относится к умеренно-титанистым разностям (1,0 < ТЮ2 < 2,5 мае. %) по (Кононова и др., 2005).

2. В пределах Далдыно-Алакитского района были выявлены участки с зональным распределением кимберлитов. В центрах таких зон располагаются кимберлиты с повышенным содержанием СаО, СОг, Rb, Sr, Ba и пониженным содержанием SiC>2, ТЮ2, РегОз, FeO, MgO, V, Cr, Ni, по сравнению с кимберлитами периферии выделенных участков, что может отражать большую активность флюидной фазы при внедрении кимберлитов центральных частей участков. Наряду с этим, от периферии к центру выделенных участков происходит увеличение значений eNd и sSr в изученных образцах кимберлитов. При этом кимберлитовые тела с промышленным и повышенным содержанием алмазов характерны только для периферийных частей выделенных участков.

3. Установлены петрогеохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава в пределах одного кимберлитового тела. Наиболее информативными геохимическими признаками принадлежности петрографических разновидностей кимберлитов к одной фазе внедрения кимберлитового расплава является однородный характер распределения редкоземельных элементов и близкие значения отношения (ЬаАЪ)н; минералогическими — наличие пикроильменитов с идентичным характером распределения хрома на гистограммах. Полученные различия вещественного состава фаз внедрения могут быть обусловлены гетерогенным строением магмогенерирующей зоны или изменением параметров режима кимберлитового магматизма. Например, изменением доли граната в реститовом материале в процессе формирования кимберлитового расплава (le Roex et al., 2003); смешением выплавок кимберлитового расплава, поступающего с различных глубин (Ваганов 2000), или изменением условий выплавления кимберлитового расплава.

4. На основании полученных петрогеохимических данных установлены критерии выделения пространственных групп кимберлитов (кустов). Кимберлиты одной пространственной группы, несмотря на широкие вариации содержаний MgO и СаО, характеризуются незначительными вариациями содержаний Ti02 (0,5-1,0 мае. %), AI2O3 (1,5 мае. %) и Р2О5 (0,2-0,3 мае. %). В геохимическом отношении, образцы кимберлитов одной пространственной группы (куста) обладают однородным содержанием REE и похожими отношениями Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y и La/Gd (вариация в пределах 30% от образца к образцу). Различия между кимберлитами выделенных пространственных групп кимберлитов Далдыно-Алакитского района, вероятно, соответствует локальной неоднородности мантийных источников.

5. Показано положение алмазоносных кимберлитовых тел на фоне зональной структуры Далдыно-Алакитского кимберлитового района. Все кимберлитовые трубки с содержанием алмазов более 0,5 кар/т располагаются по периферии выделенных зональных участков на территории Далдыно-Алакитского района. Положительными факторами для наличия алмазов в кимберлитах Далдыно-Алакитского района являются: пониженное содержание ТЮ2, БегОз при высоких содержаниях FeO, Cr, Ni, MgO; пониженные значения величины eNd.

Проведенное изучение вещественного состава кимберлитов Далдыно-Алакитского района позволило установить различные уровни гетерогенности мантийных источников кимберлитового магматизма, которые соотнесены с минерагеническими таксонами - район, группа пространственных тел, многофазная трубка. На уровне района для кимберлитового магматизма характерен единый источник, продукты которого обладают широкой вариацией содержаний петрогенных оксидов и редких элементов. Появление участков с концентрически-зональным распределением кимберлитовых тел обусловлено зональным строением магмогенерирующей зоны. Особенности магмопроводящей системы отражены гетерогенностью составов кимберлитов на уровне пространственных групп кимберлитовых тел, а также различных фаз внедрения на уровне кимберлитовой трубки.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Каргин, Алексей Владимирович, Москва

1. Агашев A.M., Орихаши Ю., Ватанабе Т., Похиленко Н.П., Серенко В.П. Изотопногеохимическая характеристика кимберлитов Сибирской платформы в связи с проблемой их происхождения // Геология и геофизика, 2000. Т. 41. № 1. С. 9099.

2. Агашев A.M., Похиленко Н.П., Толстов А.В., Поляничко В.В., Мальковец В.Г.,

3. Соболев Н.В. Новые данные о возрасте кимберлитов Якутской провинции // Докл. РАН, 2004. Т. 399. № 1. С. 95-99.

4. Агашев A.M., Похиленко Н.П., Мальковец В.Г., Соболев Н.В. Sm-Nd изотопнаясистема в мегакристаллах граната из кимберлитов трубки Удачная и проблема петрогенезиса кимберлитов // Докл. РАН, 2006. Т. 407. № 6. С. 806-809.

5. Алымова Н.В., Костровицкий С.И., Иванов А.С., Серов В.П. Пикроильмениты изкимберлитов Далдынского поля (Якутия) // Докл. РАН, 2004. Т. 395. № 6. С. 799-802.

6. Богатиков О.А., Гаранин В.К., Кононова В.А. и др. Архангельская алмазоноснаяпровинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). М.: Изд-во МГУ, 1999.-522 с.

7. Богатиков О.А., Кононова В.А., Первов В.А., Журавлев Д.З. Источники,геодинамическая обстановка образования и перспективы алмазоносности кимберлитов окраины Русской плиты: Sr-Nd изотопия и ICP-MS геохимия // Петрология, 2001. Т. 9. № 3. С. 227-241.

8. Богатиков О.А., Кононова В.А., Голубева Ю.Ю., Зинчук Н.Н., Илупин И.П., Ротман

9. А.Я., Невский JI.K., Овчинникова Г.В., Кондратов И.А. Петрогеохимические и изотопные вариации состава кимберлитов Якутии и их причины // Геохимия, 2004.- №9. С. 915-939.

10. Брахфогель Ф.Ф., Зайцев А.И., Шамшина Э.А. Возраст кимберлитов основапрогнозирования алмазоносности территорий. // Отечественная геология, 1997. -№ 9. С. 20-24.10.

Информация о работе

Каргин, Алексей Владимирович
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.04

Диссертация

Петрология кимберлитов Далдыно-Алакитского района (Якутия) - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы