Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрология щелочных кимберлитов Якутии

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрология щелочных кимберлитов Якутии"

РГБ од 1 3 ДЕК 2101

На правах рукописи

БУДАЕВ Дмитрий Александрович

ПЕТРОЛОГИЯ ЩЕЛОЧНЫХ КИМБЕРЛИТОВ ЯКУТИИ (ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)

04.00.08 - петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

НОВОСИБИРСК 2000

Работа выполнена в Институте минералогии и петрографии Сибирского отделения Российской Академии наук

Научный руководитель: академик Российской Академии наук Н.В. Соболев

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, профессор Васильев Ю.Р. доктор геолого-минералогических наук Изох А.Э.

Ведущая организация: Якутское научно-исследовательское

геологоразведочное предприятие (ЯНИГП) ЦНИГРИ (г. Мирный)

Защита состоится "26" июля 2000 г. в 12 час.

На заседании диссертационного совета Д.002.50.05. в Объединенном институте геологии геофизики и минералогии СО РАН, в конференц-зале. Адрес: 630090, Новосибирск, 90, пр-т Коптюга, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГТиМ СО РАН

Автореферат разослан "23" июня 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.г.-м.н.

Ф.П.Леснов

о&э {г PSV - <Г О

<03 y¿>. о

Введение.

Актуальность. Находка в среднем течении р. Марха двух высокоалмазоносных тел щелочных кимберлитов - трубок Ботуобинская и Нюрбинская требует ревизии существующих гипотез кимберлитоообразования, т.к. повышенная щелочность на настоящий момент рассматривалась как признак низкой продуктивности кимберлитов как исследователями Якутской алмазоносной провинции (ЯАП) [Благулькина, 1969; Крутоярский и др., 1959; Милашев, 1965, 1984; Трофимов, 1967], так и кимберлитов Южной Африки [Mitchell, 1995].

Кроме того, до сих пор практически не рассматривались петрохимические особенности кимберлитов высокощелочных неалмазоносных трубок (Молодость), по многим параметрам вещественного состава идентичных кимберлитам основных алмазных месторождений Якутии (Мир, Удачная).

Сравнительный анализ особенностей петрохимической структуры высоко- и убогоалмазоносных щелочных кимберлитов Якутии позволяет выделить механизмы образования повышенной щелочности кимберлитов и контроля их алмазоносности.

Цель работы — на основе популяционного подхода к вещественной структуре кимберлитов выяснить особенности генезиса высоко- и низкоалмазоносных щелочных кимберлитов Якутии.

Реализация цели предполагалась в результате осуществления следующих этапов исследования:

1. Построения петрохимических моделей кимбер-литовых трубок Мир, Нюрбинская, Ботуобинская и Молодость Якутской алмазоносной провинции;

2. Сравнительного изучения петрохимических особенностей ультраосновных и щелочных разновидностей кимберлитов;

3. Исследования химического состава главного концентратора щелочей в кимберлитах - флогопита;

4. Сравнения механизмов, контролирующих петро-химическую вариабельность внутри сообществ продуктивных и неалмазоносных кимберлитов;

5. Исследования изменения распределения щелочности в кимберлитах при их постмагматическом преобразовании.

Фактический материал и методы исследования. Коллекции образцов для изучения были отобраны автором из трубок Среднемархннского алмазоносного района в течение полевых сезонов 1997-1999 гг. Для рентгенофлуоресцентного анализа было отобрано около 600 образцов кимберлитов, каждый из которых сопровождала сколком для изготовления шлифа. Все химические анализы основной массы кимберлитов производились на ренггенофлуоресценгном анализаторе VRA-20R в Институте минералогии и петрографии СО РАН. Изучение состава флогопита производилось на рентгеновском микроанализаторе «Camebax» в ОИГГиМ СО РАН (оператор E.H. Нигматулина).

Научная новизна. Впервые с помощью петрохимических исследований были изучены все возможные механизмы формирования кимберлитов повышенной щелочности.

Впервые была построена популяционная модель состава неалмазоносной трубки Якутии.

Показано, что гипабиссальные и абиссальные процессы преобразования кимберлитов не сказываются на их щелочности.

Практическое значение. Результаты работы могут рассматриваться как методические рекомендации для оценки потенциальной алмазоносности кимберлитовых тел с низкими содержаниями минералов-спутников алмаза.

Основные защищаемые положения:

1. Для продуктивных, кимберлитов Якутской алмазоносной провинции реализованы три петрологических механизма формирования щелочных разностей — за счет особенностей состава исходного субстрата при зарождении расплавов; за счет распада кимберлитовой магмы на щелочно-силикатную и карбонатиговую компоненты в процессе подъема расплавов к поверхности и за счет метасоматического взаимодействия с коровыми породами. Для неалмазоносных кимберлитов 1-й механизм не реализован;

2. Максимальная алмазоносность кимберлитов контролируется барическим трендом (содержанием ТЮ2). Повышенная щелочность мантийного источника способствует сохранению алмазов. Наблюдаемая продуктивность трубок регламентируется длительностью

фенитизации.

3. Постмагматические процессы значимо не влияют на распределение щелочных типов кимберлитов по популяциям и разновидностям.

Практическое значение. Результаты работы могут рассматриваться как методические рекомендации для оценки потенциальной алмазоносности кимберлнтовых тел с низкими содержаниями минералов-спутников алмаза.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликован раздел в монографии, 7 тезисов докладов. Отдельные положения были представлены на XVIII Всероссийской молодежной конференции «Геология и геодинамика Евразии» (Иркутск, 1999).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б-ти глав, и заключения. Общий объем составляет 171 страницу и сопровождается 30-ю рисунками и 26-ю таблицами. Список использованной литературы составляет 107 наименований.

Глава 1. Петрохимическая структура кимберлитов.

Исследования, проводимые в последнее время [Василенко, Кузнецова, 1986; УазПепко, 1995; Василенко и др., 1995; Василенко и др.,1996] показали, что кимберлиты Якутской провинции представляют собой совокупность, образованную 6-7 устойчивыми разновидностями (популяциями), входящими в разных пропорциях в состав всех без исключения полей. Фактором межпопуляционного разнообразия выступает содержание ТЮ2, внутрипопуляционного разнообразия - Са-М§ антагонизм.

В целом для совокупности продуктивных кимберлитов ЯАП характерно падение алмазоносности с ростом титанистости (номера популяции), однако имеются сдвиги относительно популяционного ряда:

1.алмазоносность трубки Мир, сложенной кимберлитами 3-й, 4-й и 5-й популяций, выше, чем трубок с доминирующей 3-й популяцией;

2.алмазоносность трубки Удачная-Восточная (4-я популяция) выше трубки Юбилейная (3-я и 4-я популяции).

Отмечено [Василенко, Зинчук, Кузнецова, 1997], что аномально высокие значения алмазоносности, как правило, присущи популяциям, щелочность которых превосходит ожидаемую исходя из популяционной модели. Примером такой высокощелочной

продуктивной трубки является трубка Мир. С другой стороны, и среди неалмазоносных трубок ЯАП известны высокощелочные (Молодость, Ленинградская, Восток и Снежинка в Далдыно-Алакитском районе).

Глава 2. Общие закономерности распределения щелочности в кимберлитах Якутии. Выделение типов щелочности кимберлитов проведено [Василенко, Зинчук, Кузнецова, 1997] на полигоне распределения частоты концентраций К20 в кимберлитах провинции. Выделено 4 типа кимберлитов по щелочности: ультраосновной (< 0,75 вес.% К20), слюдистый (0,75-1,2 вес.%), сублампрофировый (1,2-2,2 вес.%) и лампрофировый (более 2,2 вес.% К20). При этом отмечается отсутствие специфических щелочных подразделений в составе кимберлитового сообщества Сибирской платформы, а также закономерное изменение отношения ультраосновного и щелочного типа кимберлитов, в целом совпадающего с барическим трендом.

Учет, наряду с популяционной принадлежностью, отношения количества кимберлитов ультраосновного ко всем остальным типам щелочности (т.н. коэффициента слюдистости - Кс [Василенко, Зинчук, Кузнецова, 1997]) позволяет лучше описывать и предсказывать их алмазоносность (рис. 1).

Типы щелочности кимберлитов, выделенные по статистическим минимумам распределения К20, не имеют строгой позиции в рамках популяционной модели химического строения кимберлитового сообщества. Наряду с частичным контролем со стороны барического фактора щелочность большей частью контролируется неучтенными в популяционной модели процессами.

При условии совпадения агентов, контролирующих меж- и внутрипопуляционное разнообразие кимберлитов, а также их алмазоносность с факторами, обусловливающими разделение кимберлитов на типы по щелочности, последнее должно происходить параллельно со значимым изменением титанистости, и (или) отношения окислов кальция и магния, а также алмазоносности при переходе от одной разновидности по содержанию щелочей к другой. Возможны 4 случая:

а) Ультраосновные кимберлиты значимо различаются со всеми остальными типами;

б) Ультраосновной и слюдистый типы образуют единое

подмножество, значимо отличное от сообщества сублампрофировых и лампрофировых кимберлитов;

в) Все три типа кимберлитов по щелочности значимо различаются между собой;

г) Разделение кимберлитов на типы по щелочности с границами в районе 0,75 и 1,2 вес.% К2О петрологически необосновано.

Рис. 1. Зависимость алмазоносности от К; в популяциях по [Василенко, Зинчук, Кузнецова, 1998].

В целом в пользу гипотезы а) свидетельствует 6/24=25% случаев, б) - 8/24=33%, в) - 4/24=17% и г) - 6/24=25% (табл. 1).

Таблица 1.

Результаты проверки гипотез.

Исследуемый тренд Тип гипотезы Случаи подтверждения Всего случаев

Межпопуляционный барический (содержание ТЮ2) А) И, С 9

Б) М

В) А, У-3

Г) Б, Н, У-В, Ю

Внутрипопуля-ционный термический (Са0/М§0) А) Н,М (СаО), У-3, Ю 11

Б) Б (М§0),А,И,М (М80)

В) У-В

Г) Б (СаО), И (СаО)

Межпопуляционный барический (алмазоносность) А) - 4

Б) А, У-3, У-В

В) М

Г) -

Примечание: А-Айхал, Б-Ботуобинская, И-Интер-национальная, М-Мир, Н-Нюрбинская, У-3 - Удачная-Западная, У-В -Удачная-Восточная, С-Сытыканская, Ю-Юбилейная.

Сходная картина наблюдается и для непродуктивных трубок ЯАП, содержащих щелочные разновидности кимберлитов (Молодость, Лнинградская и Снежинка в Даддыно-Алакитском районе). Значения Кс кимберлитов этих тел при переходе от популяции к популяции меняются незакономерно или вовсе не коррелируются с барическим трендом.

Петрохимическое разнообразие кимберлитов с повышенной натровостью (трубка Мир) невозможно описать с точки зрения популяционной модели [Василенко и др., 1996], т.к. максимальная алмазоносность естественных породных групп может как увеличиваться с возрастанием натровости (в случае 3-й популяции), так и падать (5-я и 7-я популяции). Натровость кимберлитов изменяется незакономерно и относительно внутрипопуляционного тренда изменчивости составов.

Глава 3. Петрология щелочных (слюдяных) кимберлитов. Гипотезы и предыдущий опыт. Учитывая в своих построениях отдельные факты сонахождения кимберлитов и нефелин-мелилит-оливиновых пород, первые исследователи кимберлитов не рассматривали их возрастные взаимоотношения и классификационное (в том числе и петрохимическое) положение. Впоследствии выяснилось, что породы, определямые различными авторами как кимберлиты, по характеру естественных ассоциаций, особенностям петро- и геохимии, минерального состава, структурному положению, принадлежат пяти генетическим группам [Кимберлиты и кимберлитоподобные породы..., 1990] :

1 кимберлиты локализованных комплексов (ультраосновные вулканокластиты, образующий классический тип кимберлитовых ассоциаций - Якутия, Южная Африка);

2 кимберлитоподобные базаниты нефелинит-ийолитовых ассоциаций (ультраосновно-щелочных карбонатитовых комплексов);

3 кимберлитоподобные основные и ультраосновные вулканиты, ассоциированные с формацией оливиновых щелочных базальтов;

4 кимберлитоподобные лампрофиры (лампроиты) из богатых калием щелочных вулканических ассоциаций;

5 кимберлитоподобные перидотитовые брекчии среди альпинотипных гипербазитов.

Митчелл [Mitchell, 1997] пришел к выводу, что различия в минералогии и петрографии базальтоидных и слюдяных кимберлитов настолько велики, что кимберлиты-Ii (слюдяные) вообще нельзя относить к кимберлитам, в силу различного характера исходных магм для двух этих типов пород. Он предложил для мелапикритоидов, известных как "слюдяные кимберлиты" [Wagner, 1914] или "кимберлиты 2-й группы" [Skinner, 1983] название "оранжиты", подчеркивая тем самым их отличную от кимберлитов генетическую природу (производные мантийного щелочного магматизма, имевшего источником вещество литосферы) и приуроченность исключительно к Каапваальскому кратону, и определил оранжиты как группу высококалиевых субщелочных насыщенных летучими (преимущественно Н20) пород, характеризующихся присутствием флогопитовых макрокристов и микрофенокристов, также как и слюды

(флогопита-тетроферрифлогопита) в основной массе.

Глава 4. Методика изучения и обработки петрохимических данных. В предлагаемой работе петрохимическая база данных по кимберлитам содержит силикатные и рентгенофлу-оресцентные анализы, взятые из литературных источников, и результаты рентгенофлуоресцентного анализа пород, отобранных автором. Соотношение этих групп данных примерно 50:50.

В настоящей работе для выделения естественных породных групп в многомерном признаковом пространстве применен одномерный графический алгоритм (или метод модальной таксономии) с последующим рассмотрением признаков и исключением подгрупп [Апатитовые породы Селигдара, 1982]. В качестве графической интерпретации корреляционных взаимоотношений групповых средних использовались корреляционные дендрографы [Крамбейн, Грейбилл, 1969].

Глава 5. Петрохимические модели трубок, содержащих щелочные кимберлиты. Трубка Мир. Как базальтоидные, так и слюдяные кимберлиты трубки сложены преимущественно высокомагнезиальными разновидностями (пирокимберлитами) 3-й, 4-й и 5-й популяций. Среди базальтоидных разностей превалируют породы 3-й и 5-й популяций, среди щелочных—3-й и 4-й популяций. Слюдяные кимберлиты отличаются от базальтоидных одноименной популяции только по содержанию щелочей.

Дендрограф щелочных кимберлитов 3-й популяции (рис. 2) характеризуется антагонизмом оливин-ортопироксеновой (кремнекислота+тиган+магнезия+ натрий) и клинопироксен-карбонатной составляющих, что типично для кимберлитовой ассоциации в целом [Белоусов, Кривенко, 1983; Василенко и др., 1994; Василенко, Зинчук, Кузнецова, 1997]. В отличие от него, в дендрографе ультраосновных кимберлитов вместо связки оливин + ортопироксен остается один оливин (кремнекислота + магнезия). Кроме корреляционных взаимоотношений, на возможность отсутствия ортопироксена в первичном для ультраосновных кимберлитов субстрате указывает значимое различие коэффициентов корреляции между БЮг и ТЮг не только по знаку, но и по модулю, то есть переход титана из группировки с оливином в карбонат-клинопироксеновую закономерен. Подобное поведение ТЮг было описано Рингвудом [1981] в ходе экспериментов по кристаллизации

расплава с модельным составом 3CaSi03xMgTi03 или Ca3(MgTi)Si3Oi2 и может трактоваться как свидетельство о меньших давлениях при генерации исходных расплавов базальтоидных кимберлитов 3-й популяции по сравнению с щелочными. На обогащение мантийных выплавок с ростом давления калием указывают как экспериментальные данные [Kushiro, 1975, 1980], так и данные по составу глубинных минеральных ассоциаций [Соболев, 1974; Chopin & Sobolev, 1995]. Более простая гипотеза о механическом засорении слюдяных кимберлитов 3-й популяции ортопироксеном за счет ассимиляции глубинных ксенолитов отвергается ввиду отсутствия значимых различий составов щелочных и ультраосновных кимберлитов по содержанию глинозема.

1 (п=102)

I б

2 (п=69)

5 я S

п

О8й88

s s a g s

Рис. 2. Иерархия корреляционных связей породообразующих окислов базальтоидных (1) и щелочных (2) кимберлитов 3-й популяции трубки Мир. Здесь и в дальнейшем выделены связи, с г>гш.

Для слюдяных и базальтоидных кимберлитов 4-й и 5-й популяций значимые различия в корреляционных отношениях петрогенных окислов отсутствуют.

Кроме сдвига межпопуляционных трендов в сторону пирокимберлитов, породы трубки Мир отличаются от других кимберлитов Якутии повышенным содержанием Ма20. Особенно это характерно для щелочных кимберлитов. Гипергенная природа повышенной натровости отвергается, ибо высоконатровые

г

о я

разновидности ни характеризуются ни аномально высокой магнези-альностью, ни пониженным содержанием СаО [Павлов, Илупин, Горбачева, 1985].

Гипотеза об определяющей роли состава мантийного субстрата в формировании высоконатровых кимберлитов была рассмотрена с использованием данных по составам глубинных ксенолитов. Широкая распространенность ксенолитов высоконатровых равномернозернистых гранатовых лерцолитов как среди щелочных (4-я), так и среди ультраосновных (5-я популяция) кимберлитов наряду с отсутствием в данных популяциях высокоглинозсмистых разностей позволяет отвергнуть гипотезу о генезисе высоконатровых кимберлитов трубки Мир путем ассимиляции фрагментов ортопироксенсодержащих глубинных пород.

Трубка Ботуобинская. Границей между базальтоидными и щелочными кимберлитами служит содержание К20 0,6 вес. %. Всего из рассмотренных образцов кимберлитов 242 относятся к слюдяным, 73,— к базальтоидным.

Петрохимическая структура обоих типов кимберлитов схожа — превалирует первая популяция, причем разновидности от кимберлитовых карбонатитов до кимберлитов. Петрохимическими аналогами трубки Ботуобинская являются: в Малоботуобинском районе трубка Интернациональная, в Далдыно — Алакитском — трубка Айхал; однако доля щелочных кимберлитов (около 80%) в рассматриваемом теле существенно больше (против 56% у Айхала и 59% у Интернациональной).

Значимые отличия в составах одноименных разновидностей базальтоидных и слюдяных кимберлитов (1.06 и 1.07) наблюдаются по содержанию кремнекислоты, глинозема, кальция, и магния в случае разновидности 1.06; глинозема и кальция для разновидности 1.07. Такое сочетание известных внутрипопуляционных факторов петрохимического разнообразия кимберлитов с неучтенными в популяционной модели позволило предположить существование оригинального механизма формирования вещественной неоднородности кимберлитов трубки.

Сопоставление корреляционных дендрографов (рис. 3) для разновидностей по щелочности внутри первой популяции выявило главное отличие в трансформации карбонат-щелочного комплекса

слюдяных кимберлитов, антагонистичного пироксен—оливиновому в просто карбонатный при переходе к базальтоидным разностям. Кроме смены знака коэффициента корреляции кальция с алюминием, значения гСаох!5Ю2, Гсаошгоз, ГсаОхм^ для базальтондных кимберлитов значимо выше, чем для слюдяных.

1 (п=73)

2 (п=242)

п

п

3 а

Рис. 3. Иерархия корреляционных связей породообразующих окислов базальтондных (1) и щелочных (2) кимберлитов 1-й популяции трубки Ботуобинская.

Данное усиление антагонизма между карбонатной и пироксен-оливиновой компонентами, на наш взгляд, свидетельствует об участии в процессе формирования пород данной популяции, кроме котектических (эвтектических), иных взаимодействий, обусловливающих дополнительное обособление карбонатной и силикатной составляющих расплава. Таким взаимодействием может являться ликвация преимущественно карбонатных и силикатных жидкостей.

При рассмотрении дендрографов разновидностей слюдяных кимберлитов трубки Ботуобинская (рис. 4) обращает на себя внимание группировка элементов-сеткообразователей в расплавах (алюминий и кремний), противостоящая группировке модификаторов. Как установлено в экспериментах в простых силикатных системах, несмесимость силикатных стеклообразующих расплавов связана с

несовместимостью двух стеклофаз: высококремне- или (и) глиноземистой с каркасной предельно полимеризованной структурой и высококатионной с деполимеризованной структурой [Варшал, 1993а, 19936]. Таким образом, иерархия корреляционных связей внутри разновидностей 1.05 и 1.06 может рассматриваться как доказательство реализации ликвации на одном из этапов формирования вещественного разнообразия кимберлитов данных групп.

г г

1.05 {11=64) "1 1.06 (п=&4)

ГН liiiil

§ 5 | s в 2 2 u

о О

3 я

п

1.07(п=59)

в М I 8 1 8

1.07 (п=27)

" Г_ I

п

п п

I

Рис. 4. Иерархия корреляционных связей породообразующих окислов для разновидностей щелочных (шифры групп даны курсивом) и ультраосновных кимберлитов 1-й популяции трубки Ботуобинская.

Спорной выглядит тесная связь сеткообразователей с одним их самых сильных модификаторов — калием. Такого рода корреляция может быть следствием декомпрессионного плавления флогопита при транспортировке кимберлитового расплава к поверхности. Данный процесс неоднократно рассматривался в качестве формирующего карбонат-силикатную несмесимость в мантийных ксенолитах [Ionov et al, 1993; Kogarko, Henderson, Pacheco, 1995].

Трубка "Нюрбинская. Диатрема практически полностью сложена кимберлитами 2-й популяции и занимает в петрохимической структуре алмазных месторождений Якутии промежуточное положение между трубками Айхал и Удачная-Западная [Василенко, Зинчук, Кузнецова, 1998].

Средние составы одноименных разновидностей щелочных и базальтоидных кимберлитов значимо не различаются. Однотипны также и корреляционные отношения в целом для популяций базальтоидных и слюдяных разностей.

При рассмотрении внутрипопуляционных петрохимических тенденций оказалось, что за исключением разновидности 2.06 щелочных кимберлитов, для кимберлитов всех других разновидностей характерно взаимоотношение петрогенных компонентов по классической схеме метасоматоза [Коржинский, 1955, 1982] с поэтапным уменьшением числа сосуществующих компонентов на один на каждой стадии (рис. 5, 6). Данная схема взаимодействия окислов не меняется ни при переходе от разновидности к разновидности, ни при переходе от щелочных к базальтовдным кимберлитам.

Принципиально возможными представляются две схемы протекания метасоматоза в кимберлитах: гипергенное (постмагматическое) преобразование и глубинный (возможно, мантийный) метасоматоз. Особенности петрохимии рассматриваемых пород указывают на нереализованность механизмов постмагматического преобразования кимберлитов.

Ввиду того, что метасоматическнй характер взаимоотношения оксидов проявляется на внутрипопуляционном уровне, в качестве этапов формирования кимберлитовых расплавов, на которых возможно метасоматическое преобразование пород, следует рассматривать подъем расплавов к поверхности (за счет возможной

ассимиляции более кислых по сравнению с кимберлитом пород фаций верней мантии) и дифференциацию их в промежуточных очагах либо на уровне, соответствующем излому кривой перидотитового солидуса в присутствии углекислоты и Н20 [\Vyllie, 1979], либо на границе коры и астеносферы [Кимберлиты и кимберлигоподобные породы..., 1994].

2.08 (п=34)

Л

I

т

§ § I

I

2.11 (п=37)

|_Г

г

I

I I

Рис. 5. Иерархия корреляционных связей породообразующих окислов в разновидностях базальтоидных кимберлитов трубки Нюрбинская.

В связи с тем, что дендрографы разновидностей щелочных кимберлитов трубки Нюрбинская указывают на подвижное поведение калия, магнезии, кальция и кремнекислоты при метасоматозе, возможность формирования повышенной щелочности кимберлитов за счет взаимодействия с сиалическими породами нижней коры следует признать вполне вероятной. В подтверждение данной гипотезы можно указать на аномально высокое содержание в трубке ксенолитов коровых пород (до 10 об. %), представленных в основном плагиоклазовыми разновидностями гранатовых и безгранатовых гнейсов и сланцев [Харькив, Зинчук, Крючков, 1998].

Составы флогопитов основной массы как для базальтоидных так и для щелочных кимберлитов трубки (рис. 7) характеризуются широким разбросом, частично соответствуя вторичным (метасомати-

зированньш) флогопитам ксенолитов. Данные особенности распределения химизма основного концентратора щелочей указывают, по мнению автора, на участие глубинного метасоматоза в формировании вещественной структуры кимберлитов трубки.

2.06 (п=40)

2.08 (п=38)

п

I з 1 г

1101 Р203 Г«}0) А110) 5Ю1 К10 С «О М|0

2.10 (п=36)

п

2 I § I I 8 I 2

2.11 (п=45)

, С— ~

11

? а § « з 8 а к Я 3 ' 2 а я

Рис. 6. Иерархия корреляционных связей цородообразующих окислов в разновидностях щелочных кимберлитов трубки Нюрбинская.

2.5

Вторичные флогопиты из ксенолитов

£ 15 -

О

4>

а

о5,

и"

и

Мегакрнсты флогопита в кимберлитах

Рис. 7. Составы флогопитов из основной массы кимберлитов трубки Нюрбинская. Базальтоидные разности выделены серым цветом.

Трубка Молодость. Трубка сложена кимберлитами 4-й (п=114, все относятся к щелочному типу), 5-й (п=72, все базальтоидные) и 6-й (59-щелочные и 28-базальтоидные) популяций, в целом по популяционному набору являясь полным аналогом трубки Мир.

Девдрограф наиболее распространенной 4-й популяции отражает антагонизм кальция и всех остальных петрогенных окислов. Природа этого феномена заключена в фенитизации кимберлитов подобно кимберлитам второй популяции трубки Нюрбинская.

Дендрограф ультраосновных кимберлитов 5-й популяции отражает традиционную для кимберлитов конкуренцию оливинового и щелочно-карбонатитового комплексов петрогенных окислов.

Для щелочных кимберлитов 6-й популяции характерен антагонизм флогопитового (кремнекислота + глинозем + калий) комплекса как с карбонатным, так и с пироксеновым. Несмотря на схожесть дендрографа с дендрографами разновидностей 1-й популяции трубки Ботуобинская, вопрос о реализации ликвационного механизма формирования петрохимической структуры данных кимберлитов остается дискуссионным в первую очередь из-за малой мощности выборки.

Возможное объяснение резкого (на 2 порядка) различия трубок Мир и Молодость по алмазоносности при схожести основных петрохимических тенденций представляется следующим.

Фенитизация, следы которой зафиксированы в корреляционных связях внутри потенциально наиболее алмазоносной 4-й популяции трубки Молодость, могла привести к потере транспортируемых кимберлитами алмазов. Известно [Сонин и др., 1997], что в условиях, отвечающих верхним горизонтам астеносферы, алмаз травится стеклом базальтового состава в присутствии воды, или же графитизируется при избытке во флюиде углекислоты. Таким образом, при длительной задержке расплавов на уровне раздела литосфера - нижняя кора алмазы могут быть полностью уничтожены. Можно предположить, что для расплавов, сформировавших 4-ю популяцию трубки Молодость, длительность фенитизации была достаточной для графитизации или растворения большинства кристаллов алмаза. Для высокоалмазоносных кимберлитов 2-й популяции трубки Нюрбинская предполагается меньшая продолжительность или интенсивность подобного метасоматоза. Это подтверждается, в частности, присутствием в вещественной структуре данной диатремы разновидностей, в которых корреляционные взаимоотношения петрогенных окислов не соответствуют фенитизации. Вероятно, продолжительность фенитизации регламентируется тектонической обстановкой в земной коре на момент внедрения кимберлитовых расплавов.

Глава 6. Пстрохимичсские особенности гипергенного изменения щелочных кимберлитов. Относительно слюдяных кимберлитов особенности их приповерхностного и поверхностного

изменения могут быть рассмотрены в рамках следующих гипотез:

На щелочность кимберлитов значимо влияют процессы метасоматоза, развивающиеся за счет разности химизма кимберлитов и пород трапповой формации, прорывающих трубки (в данном случае, трубку Нюрбинская). В случае если гипотеза верна, должен присутствовать значимый тренд уменьшения щелочности кимберлитов при удалении от контакта с базитами.

В общем случае, на щелочность кимберлитов должны влиять процессы выветривания (хлоритизации) флогопита с последующим выносом из породы щелочей. При справедливости этого предположения во всех рассматриваемых трубках должен присутствовать вертикальный и радиальный тренды увеличения щелочности при удалении от контакта трубки с вмещающими или перекрывающими породами (земной поверхностью).

Уменьшение щелочности кимберлитов может быть следствием также разубоживания кимберлигового материала ксенолитами осадочных пород песчанистой фракции [Илупин, Каминский, Францессон, 1978; Геология и генезис..., 1989]. Помимо возможного искажения петрохимии кимберлитов, увеличение числа ксеногенных обломков должно приводить к увеличению проницаемости пород и их большему изменению гидротермальными растворами. Иными словами, щелочность кимберлитов должна значимо уменьшаться при переходе от наиболее плотных пород с малым содержанием ксеногенных вкрапленников (порфировых кимберлитов и кимберлитовых брекчий с массивной текстурой цемента) к наименее плотным и наиболее засоренным (автолитовым кимберлитовым брекчиям и туфобрекчиям).

Проведенные исследования показывают, что ни один из возможных механизмов изменения распределения щелочности в кимберлитах в абиссальных условиях для рассматриваемых тел не реализован.

Заключение. Результаты проведенных исследований петрохимической структуры щелочных кимберлитов Якутии позволяют сделать следующие выводы:

1.Щелочные кимберлиты могут образовываться либо за счет эволюции мантийного источника, отличного по химическому составу от источника базальтоидных кимберлитов; либо за счет распада всплывающего однородного кимберлигового расплава на щелочной

алюмосиликатный и карбонатный; либо в результате фенитизации магмы в промежуточных камерах на заключительных этапах эволюции кимберлитогенерирующей системы. Для алмазоносных кимберлитов получены свидетельства реализации всех трех вышеназванных процессов, для неалмазоносных кимберлитов трубки Молодость не установлен оригинальный химизм источника.

2.Главным фактором формирования алмазоносности кимберлитов остается при прочих равных условиях барический, определяющий . популяционную структуру кимберлитовой ассоциации. Повышенная щелочность источника слюдяных кимберлитов способствует сохранению высокого уровня алмазоносности за счет изменения реологических свойств выплавок и понижения температур главных фазовых равновесий. Фенитизация как процесс формирования щелочных разностей сопровождается снижением алмазоносности.

3.Гипотеза о повышенной щелочности кимберлитов как результате дезинтеграции мантийных ксенолитов (пироксенитов или эклогитов) не подтверждается.

4.При гипергенезе кимберлитов картина распределения в них щелочности существенно не меняется.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Будаев Д.А. Сравнительная характеристика кимберлитов Якутии и Южной Африки / Василенко В.Б., Зинчук Н.Н., Кузнецова Л.Г. Пегрохимические модели алмазных месторождений Якутии -Новосибирск: Наука, 1997. - С. 329-339.

Будаев Д.А. К вопросу об устойчивости популяционных моделей кимберлитов разных провинций // Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов - Мирный, 1998. - С. 90-91.

Будаев Д.А., Василенко В.Б., Зинчук Н.Н. К вопросу о петрохимических методах диагностики кимберлитов и пикритов ультраосновно - щелочных комплексов // Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов - Мирный, 1998. - С. 92-93.

Будаев Д.А., Долтунин А.В., Фомин А.С., Яныгин Ю.Т. Популяционная модель химического состава кимберлитовой трубки Ботуобинская // Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов - Мирный, 1998. - С. 94-95.

Будаев Д.А. Механизм возникновения петрохимической неоднородности алмазоносных кимберлитовых тел // Материалы XVIII Всероссийской молодежной конференции «Геология и геодинамика Евразии» - Иркутск, 1999. - С. 90-91.

Vasilenko V.B., Zinchuk N.N., Kuznetsova L.G., Serenko V.P., and Budaev D.A. Petrochemical types of kimberlites of the major diamond deposits of Yakutia // 6 Int. Kimb. Conf. Ext. Abstr. -Novosibirsk, 1995. - P. 650-652.

Budaev D.A. «Populational» model of kimberlites : an application to diamondiferous kimberlites of regions with various geodynamic history // 7th Int. Kimb. Conf. Ext. Abstr. - Cape Town, 1998. -P. 108-110.

Budaev D.A., Dolgunin A.V., Fomin A.S. An alorithm of kimberlite diamondiferousness estimations // 7th Int. Kimb. Conf. Ext. Abstr. - Cape Town, 1998. - P. 111-112.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Будаев, Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПЕТРОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА КИМБЕР- 11 ЛИТОВ

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАС- 2 3 ПРЕДЕЛЕНИЯ ЩЕЛОЧНОСТИ В КИМБЕРЛИТАХ ЯКУТИИ

ГЛАВА 3. ПЕТРОЛОГИЯ ЩЕЛОЧНЫХ 32 (СЛЮДЯНЫХ) КИМБЕРЛИТОВ. ГИПОТЕЗЫ И ПРЕДЫДУЩИЙ ОПЫТ

3.1. СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ 3 6 КИМБЕРЛИТОВ

3.2. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Введение Диссертация по геологии, на тему "Петрология щелочных кимберлитов Якутии"

Актуальность. За период 1994 - 96 гг. геологами Ботуобинской ГРЭ в среднем течении р. Мархи (Западная Якутия) были открыты две новые высокоалмазоносные кимберлитовые трубки - Ботуобинская и Нюрбинская, сложенные низкотитанистыми и высокощелочными (высококалиевыми, слюдяными) кимберлитами. Данные по петрохимии и минералогии (в первую очередь, алмазоносности) пород этих диатрем, как правило, противоречат существующим на сегодняшний день теоретическим представлениям петрохимии, геохимии и минералогии.

Эти два тела с самого начала опробования их вещества изучались с заметным петрохимическим уклоном, что обусловливалось предельно низким содержанием в кимберлитах трубок минералов-спутников алмаза (нередко сравнимым с содержанием самого алмаза), делающим непригодными традиционные минералогические методы (в первую очередь, шлиховое опробование) поиска и оценки продуктивности трубок аналогичного состава. Впоследствии выяснилось, что и многие гипотезы, объясняющие связь продуктивности кимберлитов с составом их матрицы, не в состоянии дать объяснение суперпозиции аномально высокой алмазоносности упомянутых трубок с их аномально высокой для Якутской алмазоносной провинции щелочностью (слюдистостью).

Во всех отечественных исследованиях [Благулькина, 1969; Крутоярский и др, 1959; Милашев, 1965, 1984; Трофимов, 1967] высокая щелочность кимберлитов рассматривается при различных теоретических подходах как индикатор их убогой алмазоносности.

По данным южноафриканских геологов, из более чем 200 проявлений кимберлитов-II ("слюдяных") в пределах Южной Африки [Скиннер и др, 19 92] только 2 трубки -Доколвайо и Финш - промышленно алмазоносны [Kampunzu, Lubala, 1991] . Вероятно, в связи с этим ряд зарубежных авторов [Mitchell, 1997] пытается отказать "слюдяным" кимберлитам в их кимберлитовой природе (предлагается их выделить в особую разновидность ультрамафитов), соответственно, и в такой неотъемлемой для кимберлитов черте, как алмазоносность. Таким образом, налицо явное противоречие между классическими гипотезами (высокая щелочность - признак некимберлитовой природы ультраосновных пород или убогой алмазоносности кимберлитов) и новыми петрохимическими данными по кимберлитам трубок Ботуобинская и Нюрбинская и практикой алмазодобычи; а также - противоположность щелочных кимберлитов ряда трубок Якутии [Василенко, Зинчук, Кузнецова, 19 97] в смысле их высокой продуктивности своим южноафриканским аналогам, несмотря на схожесть всех основных петрохимических черт кимберлитовых ассоциаций этих двух провинций [Будаев, 1998].

Несколько отличные от классических воззрения на петрохимическую структуру основной массы кимберлитов Якутии предлагает т.н. популяционный подход [Василенко, Кузнецова, 1986; УаэИепко, 1995], согласно которому кимберлиты Якутской провинции представляют собой совокупность, образованную 6-7 устойчивыми разновидностями (популяциями), входящими в разных пропорциях в состав всех без исключения полей.

Но и популяционная модель состава кимберлитовой провинции не всегда достоверно описывает особенности алмазоносности тех или иных кимберлитовых тел. Исходя из популяционной модели, титанистость кимберлитов как главный индикатор условий глубинно сти зарождения первичных расплавов, должна преимущественно контролировать и продуктивность кимберлитов. Как правило, эта тенденция отчетливо проявляется в природе, однако существуют заметные исключения. Так, например, трубки Мир и Удачная - Восточная, исходя из популяционной модели, должны быть менее алмазоносными, чем трубка Юбилейная, однако по продуктивности стоят выше ее.

В рамках популяционной модели не рассмотрены щелочные низкотитанистые (петрохимические аналоги системы высокоалмазоносных трубок Удачная) непродуктивные диатремы, широко распространенные в пределах многих полей Якутской алмазоносной провинции (пример - трубка Молодость), вышеназванные петрохимические особенности которых противоречат как популяционной структуре кимберлитовой ассоциации Якутии, так и данным по петрохимии и алмазоносности трубок Ботуобинская и Нюрбинская.

Итак, особенности петрохимии и продуктивности щелочных кимберлитов Якутии противоречат как классическим воззрениям (в случае высокопродуктивных трубок), так и новому популяционному подходу, разработанному на основе данных по петрохимии крупнейших коренных алмазных месторождений Якутии (в случае убогоалмазоносных диатрем). Корни этих противоречий заключены в отсутствии объяснения природы связи щелочности и алмазоносности, процессах и условиях, ее порождающих и контролирующих.

Основная цель работы — на основе популяционнопо подхода к вещественной структуре кимберлитов выяснить особенности генезиса высоко- и низкоалмазоносных щелочных кимберлитов Якутии.

Реализация цели предполагалась путем осуществления следующих этапов исследования:

1.Построения петрохимических моделей кимбер-литовых трубок Мир, Нюрбинская, Ботуобинская и Молодость Якутской алмазоносной провинции;

2.Сравнительного изучения петрохимических особенностей ультраосновных и щелочных разновидностей кимберлитов;

3.Исследования химического состава главного концентратора щелочей в кимберлитах -флогопита;

4.Сравнения механизмов, контролирующих петро-химическую вариабельность внутри сообществ продуктивных и неалмазоносных кимберлитов;

5.Исследования изменения распределения щелочности в кимберлитах при их постмагматическом преобразовании.

Фактический материал и методы исследования. Коллекции образцов для изучения были отобраны автором из трубок Среднемархинского алмазоносного района в течение полевых сезонов 1997-1999 гг. Для рентгено-флуоресцентного анализа было отобрано около 600 образцов кимберлитов, каждый из которых сопровождаля сколком для изготовления шлифа. Все химические анализы основной массы кимберлитов производились на рентгенофлуоресцентном анализаторе VRA-20R в

Институте минералогии и петрографии СО РАН. Изучение состава флогопита производилось на рентгеновском микроанализаторе «СашеЬах» в ОИГГиМ СО РАН (оператор E.H. Нигматулина).

Научная новизна. Впервые с помощью петрохими-ческих исследований были изучены все возможные механизмы формирования кимберлитов повышенной щелочности.

Впервые была построена популяционная модель состава неалмазоносной трубки Якутии.

Впервые показано, что гипабиссальные и абиссальные процессы преобразования кимберлитов не сказываются на их щелочности.

Практическое значение. Результаты работы могут рассматриваться как методические рекомендации для оценки потенциальной алмазоносности кимберлитовых тел с низкими содержаниями минералов-спутников алмаза.

Основные защищаемые положения:

1.Для продуктивных, кимберлитов Якутской алмазоносной провинции реализованы три петрологических механизма формирования щелочных разностей — за счет особенностей состава исходного субстрата при зарождении расплавов; за счет распада кимберлитовой магмы на щелочно-силикатную и карбонатитовую компоненты в процессе подъема расплавов к поверхности и за счет метасоматического взаимодействия с коровыми породами. Для неалмазоносных кимберлитов 1-й механизм не реализован;

2.Максимальная алмазоносность кимберлитов контролируется барическим трендом (содержанием ТЮ2) . Повышенная щелочность мантийного источника способствует сохранению алмазов. Наблюдаемая продуктивность трубок регламентируется длительностью фенитизации.

3.Постмагматические процессы значимо не влияют на распределение щелочных типов кимберлитов по популяциям и разновидностям.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликован раздел в монографии, 7 тезисов докладов, 2 статьи находятся в печати. Отдельные положения были представлены на XVIII

Всероссийской молодежной конференции «Геология и геодинамика Евразии» (Иркутск, 1999).

Структура и обгьем работы. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, и заключения. Общий объем составляет 171 страницу и сопровождается 30-ю рисунками и 2 6-ю таблицами. Список использованной литературы составляет 107 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Петрография, вулканология", Будаев, Дмитрий Александрович

3.3. Основные выводы

1.В силу того, что кимберлиты-11 детально исследованы в пределах только одной платформы Гондвано-Сибирского типа - Южно-Африканской (точнее, в пределах одного Каапваальского кратона), для разработки глобального механизма генерации магм слюдяных кимберлитов необходимо верифицировать все генетические построения для Южной Африки с привлечением данных по слюдяным кимберлитам другой платформы этого типа - Сибирской;

2.Требует унификации сам подход по выделению слюдяных разновидностей кимберлитов. Текстурно-структурные особенности мелапикритоидов (широкое развитие микрозернистых, афанитовых, такситовых разностей), распространенность вторичных продуктов делают, на взгляд автора, малопригодными петрографо-минералогические критерии выделения слюдяных кимберлитов. В качестве оптимальной классификации кимберлитов по щелочности (слюдистости) может быть рассмотрена петрохимическая, основанная на высоковоспроизводимых методиках анализа. Данное предложение полностью соответствует рекомендациям Международного союза геологических наук [Ле-Ба, Штрекайзен, 1991];

3.Требуют ревизии парагенетические построения для комплексов, в пределах которых пространственно сближены кимберлиты и другие мелапикритоиды (особенно

ГЛАВА 4

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ПЕТРОХИМИЧЕСКИХ

ДАННЫХ

4.1. Методические ошибки определения содержаний породообразующих окислов

В предлагаемой работе петрохимическая база данных по кимберлитам содержит силикатные и рентгенофлу-оресцентные анализы, взятые из литературных источников, и результаты рентгенофлуоресцентного анализа пород, отобранных автором. Соотношение этих групп данных примерно 50:50.

Для большинства петрогенных элементов пределы обнаружения на сканирующем спектрометре \7RA-2 0R колеблются на уровне 0,02-0,005 вес. %, только для Мд и Ыа они увеличиваются до 0,1 и 0,2 вес. % соответственно. В качестве образца сравнения использовался государственный стандартный образец состава (СОС) СГД-1А (габбро эссекситовое). Для контроля за правильностью анализа каждые 8 исследуемых образцов сопровождались замерами СОС СГ-1А (альбитизированный) гранит и МУ-4 (кимберлит).

При использовании литературных данных при отбраковке анализов применялся критерий суммы, согласно которому анализ принимался, если сумма всех окислов в нем попадала в интервал 98,5-101,5 вес. %. Величина доверительного интервала 1,5 вес. % получена как средневзвешенная относительная ошибка для

52

4.2. Ошибки подготовки аналитического образца

Подготовка аналитического образца включала в себя изучение геологического образца под бинокуляром с целью выявления вещественных макронеоднородностей и их типоморфных примесей, последующее дробление до фракции 1-2 мм, отбор однородных обломков и их последующее истирание.

При оценке контаминирующего воздействия многочисленных ксенолитов вмещающие их кимберлиты едва ли необходимо говорить о реакционном взаимодействии. Скорее всего, это механическое загрязнение обломками пород и минералов. Как показали специальные исследования [Василенко, Зинчук,

Кузнецова, 1997], после удаления механической примеси карбонатов под бинокуляром суммарное разубоживание кимберлитового вещества карбонатом пелитовой размерности оценивается в 1 относительный процент, что не может существенно сказаться на оценках средних составов кимберлитов.

4.3. Ошибки интерпретации

В качестве ошибки интерпретации аналитических данных относительно первичного состава кимберлитов следует рассматривать возможные изменения их химизма за счет метасоматоза, гипо- и гипергенных процессов. Знание типоморфных признаков воздействия этих факторов позволяет выполнить требование к генетической однородности статистических выборок.

Гидротермально-метасоматическая карбонатизация проявляется, как правило, в виде карбонатных жилок. Такие образцы следует рассматривать как засоренные.

Серпентинизация по господствующему сейчас мнению является изохимическим или практически изохимическим процессом [Илупин, Каминский, Францессон, 1978], поэтому степень серпентинизации оливина может не учитываться при составлении однородных выборок.

Гидротермальное выщелачивание и выветривание кимберлитов петрохимически очень сходны — при обоих процессах из кимберлита выносятся кальций и магнезия и идет накопление кремнезема, глинозема и железа. Наиболее эффективным показателем изменения химизма пород следует считать одновременное увеличение содержания Ге203 > 7 вес. % и уменьшение суммы СаО и МдО < 30 вес. %. Такие образцы кимберлитов должны отбраковываться как бесспорно измененные при гипер-генезе.

4.4. Алгоритмы статистической обработки данных

Формализованное структурирование петрохимических баз данных выполнялось по 4-ступенчатому алгоритму.

На 1-й ступени с помощью гистограмм или полигонов частот эмпирических арспределений окислов устанавливалась степень неоднородности исследуемых выборок. Предполагая объективное существование в природе дискретных породных групп, каждая из которых характеризуется унимодальным типом распределения петрогенных окислов, можно при анализе эмпирических распределений рассматривать каждый максимум как характеристику породной группы. Дискретный характер естественных породных групп имеет как теоретическое, так и эмпирическое обоснование [Белоусов, Кривенко, Полякова,1982].

Главная трудность выделения максимумов состоит в наличии композиции распределений породных групп разного уровня формирования или обобщения. Последний определяется статистической характеристикой минимального достоверного различия между ближайшими значениями признака, которая применительно к групповому анализу распределений играет роль классового интервала.

Примерную величину минимального классового интервала можно принять из методологии стандартных образцов, согласно которой действие фактора считается значимым, если доля вносимого им разнообразия превышает 0,33 общей вероятности [Василенко,

Холодова, Блинчик, 1982].Это условие можно записать следующим образом:

8^2=з£2.0,33 или Зе=1,7 8| Принимая 3£~2-3£, получаем минимальную величину классового интервала равной двум ошибкам анализа.

В настоящей работе для выделения естественных породных групп в многомерном признаковом пространстве применен одномерный графический алгоритм (или метод модальной таксономии) с последующим рассмотрением признаков и исключением подгрупп, который предпочтителен для построения качественной понятийной модели, хотя и менее точен, чем более строгие математические методы, например, динамический кластерный анализ. Он состоит из следующих шагов:

1. Из имеющихся А,В,С,.,К одномерных распределений с учетом априорных соображений о сравнительной классификационной важности каждого из признаков выбирается полимодальное распределение с наибольшим числом надежно различимых максимумов, например, распределение А с максимумами, а2, а.к.

2. Исследуются на предмет унимодальности распределения остальных признаков в подвыборке Если окажется, что лишь признак В дает четко проявленное полимодальное распределение с максимумами Ь1г Ъ2Г ■••/Ьп, то составляются подвыборки а/ <з тЬ?г • • • / <з2-Ьп •

3. Исследуются распределения признаков С,.,К в подвыборках. В случае унимодальности этих распределений для подвыборок а1Ь1Га1Ь2г - • • /■ <э2Ьп проводится параметрическое исследование распределений, и те из них, которые максимально близки к нормальному, рассматриваются в качестве характеристик соответствующей породной группы.

В силу неслучайного характера взаимоотношений коррелируемых признаков в породной группе, число возможных вариантов разбиения при смене классификационных признаков на разных уровнях детальности не слишком велико. Получение одинаковых результатов при смене начального классификационного признака служит подтверждением надежности выделения породных групп.

На 2-й ступени петрохимическая база данных структурировалась методом динамического кластерного анализа [Э1с1ау, 1973] . Кластеризация проводилась с последовательным наращиванием детальности разбиения, вплоть до кластерных групп с дисперсией, значимо неотличимой от дисперсии воспроизводимости результатов РФА. По окончание кластеризации полученные группы описывались по традиционной схеме.

3-я ступень структурирования заключалась в корреляционном анализе с выделением главных тенденций изменчивости содержаний петрогенных окислов.

4-я стадия завершалась построением структурной модели изучаемой выборки, представлявшей собой таблицу средних содержаний (при необходимости - и других статистик) в кластерных подразделениях, организованных таким образом, чтобы последовательность средних составов отражала основные черты разнообразия вещества выборки по данным факторного анализа.

Структурирование такого рода признавалось достоверным, если данные кластерного и корреляционного анализов совпадали и находили выражение в эмпирических распределениях частот концентраций. Т.о., была произведена трехкратная проверка результатов формализованного структурирования .

Модель, полученная в результате вышеописанных операций, является системой, если ее элементы последовательно изменяют свои статистические характеристики.

Целостность системной петрохимической модели определяется участием всех ее элементов в некотором систематическом изменении свойств. Неучастие какого-либо среднего содержания в этой системе означает выпадение соответствующей кластерной группы из данной модели.

При изучении геологических объектов огромную роль в качестве объединяющей модели играют генетические представления; в силу этой особенности при конструировании системных моделей в первую очередь выделяются элементы, несущие информацию об истории данной системы. По [Мороз, Оноприенко, 1985], информация о прошлом, опосредованная в элементах структуры данной геологической системы, должна носить упорядоченный в пространстве и во времени характер, что обеспечивает возможность последовательного восстановления генетических особенностей исходного объекта (системы).

При сравнении выборок предпочтение отдавалось непараметрическим критериям как более мощным и независящим от характера распределения данных. Составы щелочных и ультраосновных разностей, если это не оговорено специально, всегда сравнивались с применением серийного критерия.

В качестве графической интерпретации корреляционных взаимоотношений групповых средних использовались корреляционные дендрографы [Крамбейн, Грейбилл, 19 69]. Попарное сравнение дендрографов проводилось по следующему алгоритму - из всех петрогенных окислов выбирался либо характеризующийся максимальным количеством значимых связей с остальными компонентами, либо тот, поведение которого для рассматриваемых дендрографов было наиболее полярным (как правило, это происходило с изменением знака корреляции с основными группировками окислов). Затем сравнивались путем г-преобразования [Урбах, 1964] одноименные парные коэффициенты корреляции этого компонента со всеми остальными в рассматриваемой паре дендрографов.

ГЛАВА 5

ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТРУБОК, СОДЕРЖАЩИХ ЩЕЛОЧНЫЕ КИМБЕРЛИТЫ

5.1. Трубка Мир

Была открыта в 1955 г. геологами Амакинской экспедиции. Совместно с близрасположенной трубкой Спутник и системой даек приурочена к Параллельному глубинному разлому. На поверхности имеет форму овала размерами 4 90x320 м со слабым пережимом в средней части. До глубины 2 00 м диатрема представляет собой воронку, далее до глубины 90 0 м—цилиндрическое тело с субвертикальными стенками, в интервале глубин 9001000 м переходящую в серию даек (табл. 5.1.1; рис. 5.1.1).

Трубка прорывает карбонатно-терригенные и галогенно-карбонатные породы ордовика и кембрия, два силла и дайку диабазов позднедевонского возраста. Глубина залегания силлов—500 и 1100-1200 м, мощность соответственно 12-34 и 70 м.

В первых описаниях [Алмазы Сибири, 1957; Алмазные месторождения Якутии, 1959] предполагалось двухфазное строение трубки — были выделены мелкообломочный кимберлитовый туф и крупнообломочная кимберлитовая брекчия.

50 и г 1- и

1° 1 У> ¿0 1

V V V

Рис. 5.1.1. Схема распределения петрографических разновидностей кимберлитов на глубоких горизонтах трубки Мир [Богатых, 1987] .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных исследований петрохими-ческой структуры щелочных кимберлитов Якутии позволяют сделать следующие выводы:

1.Щелочные кимберлиты могут образовываться либо за счет эволюции мантийного источника, отличного по химическому составу от источника базальтоидных кимберлитов; либо за счет распада всплывающего однородного кимберлитового расплава на щелочной алюмосиликатный и карбонатный; либо в результате фенитизации магмы в промежуточных камерах на заключительных этапах эволюции кимберлитогенерирующей системы. Для алмазоносных кимберлитов получены свидетельства реализации всех трех вышеназванных процессов, для неалмазоносных кимберлитов трубки Молодость не установлен оригинальный химизм источника.

2.Главным фактором формирования алмазоносности кимберлитов остается при прочих равных условиях барический, определяющий популяционную структуру кимберлитовой ассоциации. Повышенная щелочность источника слюдяных кимберлитов способствует сохранению высокого уровня алмазоносности за счет изменения реологических свойств выплавок и понижения температур главных фазовых равновесий. Фенитизация как процесс формирования щелочных разностей сопровождается снижением алмазоносности.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Будаев, Дмитрий Александрович, Новосибирск

1.Алмазные месторождения Якутии / А.П. Бобриевич, М.Н. Бондаренко, М.А. Гневушев и др. - M.: Гос-научтехиздат, 1959. - 525 с.

2. Алмазы Сибири / А.П. Бобриевич, М.Н. Бондаренко, М.А. Гневушев и др. М.: Госнаучтех-издат, 1957. - 158 с.

3. Богатых М.М. Коренные источники алмазов Мало-Ботуобинского района и оценка перспектив их глубинных горизонтов: Дисс. .канд. геол.-мин. наук. М., 1987. - 360 с.

4. Боткунов А. И. Геологическое строение кимберли-товой трубки Мир: Дисс. .канд. геол.-мин. наук. М. , 1964. - 205 с.

5. Белоусов А.Ф. Неоднородность распределения составов в ассоциациях изверженных пород и представление о породных группах // Геология и геофизика. 1967. - №5. - С. 26-34.

6. Белоусов А.Ф., Кривенко А.П., Полякова З.Г. Вулканические формации Новосибирск: Наука, 1982. - 281 с.

7. Благулькина В.А. Петрохимические типы кимберлитов Сибири // Сов. геология 1969. №7. -С. 82-91.

8. Будаев Д. А. К вопросу об устойчивости популяционных моделей кимберлитов разных провинций // Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов Мирный, 1998. - С.90-91

9. Варшал Б. Г. К вопросу о структурной модели силикатных стеклообразующих расплавов и стекол. // Физика и химия стекла. 1993. - т. 19. -№1. - С. 3-13.

10. Варшал Б.Г. Структурная модель несмешиваемости силикатных стеклообразующих расплавов // Физика и химия стекла. 1993. -т. 19. - №2. - С. 218-225.

11. Василенко В.В., Кузнецова Л.Г. Петро-химическая модель кимберлитовой формации Якутии // Геология и геофизика. 198 6. - № 7 - С. 8598 .

12. Василенко В.Б., Зинчук H.H., Кузнецова Л.Г., Серенко В.П. Петрохимия субщелочных карбонатит-содержащих комплексов Сибири (кимберлиты, кимберлитоподобные породы и месторождения апатита) Новосибирск: Наука, 1994. - 235 с.

13. Василенко В.Б., Зинчук H.H., Кузнецова Л.Г., Серенко В. П. Петрохимическая модель кимберлитовой трубки Мир // Геология и геофизика. 1996. №2. - С. 97-110.

14. Василенко В.Б., Зинчук H.H., Кузнецова Л. Г. Петрохимические модели алмазных месторождений Якутии Новосибирск: Наука, 1997.—574 с.

15. Василенко В.Б., Зинчук H.H., Кузнецова Л. Г. Главные факторы изменчивости химизма и алмазо-носности продуктивных кимберлитов Якутии // Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов Мирный, 1998. - С. 98-99.

16. Василенко В. Б., Холодова Л.Д., Блинчик Т.М. Математическая статистика. Проблемы, алгоритмы, программы. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1982. - 156 с.

17. Геология и генезис алмазных месторождений. В 2-х т. М.: Мингео СССР, ЦНИГРИ, 1989.

18. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. -М.: Мир, 1983. 300 с.

19. Егоров U.C., Мельник А.Ю., Уханов A.B. О первой находке дайкового кимберлита с сингене-тичными шлирами кальцитового карбонатита в Антарктиде // Доклады РАН. --1993. т. 328. -№2. - С. 230-233.

20. Зинчук H.H., Котельников Д.Д., Соколов В.Н. Изменение минерального состава и структурных особенностей кимберлитов Якутии в процессе выветривания // Геология и геофизика. 1982. -№2.- С. 42-53.

21. Зинчук H.H., Харькив А.Д., Мельник Ю.М., Мовчан Н.П. вторичные минералы кимберлитов. Киев: Наукова думка, 1987. 282 с.

22. Зинчук H.H. Постмагматические минералы кимберлитов. М.: Недра, 2000. - 538 с.

23. Зольников Г.В. Изучение вещественного состава кимберлитовых пород трубки Мир по керну глубоких скважин: Отчет о НИР / Ботуобинская ГРЭ; Инв. №108. Якутск, 1979. - 160 с.

24. Илупин И.П., Каминский Ф.В., Францессон Е.В. Геохимия кимберлитов. М.: Недра, 1978. -352 с.

25. Кимберлитовые породы и пикритовые порфиры северо-восточной части Сибирской платформы / Милашев В.А., Крутоярский М.А., Рабкин М.И. и др. // Труды НИИГА М.: Госгеолтехиздат, 1963. - 210 с.

26. Кимберлиты и кимберлитоподобные породы: Кимберлиты ультраосновная формация древних платформ / Б.М. Владимиров, JI. В. Соловьева, А.И. Киселев и др. - Новосибирск: Наука, 1990.264 с.

27. Кимберлиты и кимберлитоподобные породы: Вещество верхней мантии под древними платформами / J1. В. Соловьева, Б.М. Владимиров, Л.В. Днепровская и др. Новосибирск: Наука, 1994. - 256 с.

28. Классификация и номенклатура магматических горных пород / O.A. Богатиков, В.И. Гоньшакова, C.B. Ефремова и др. М.: Недра, 1981. - 160 с.

29. Коржинский Д. С. Очерк метасоматических процессов / Основные проблемы в учении о магма-тогенных рудных месторождениях М. : Изд-во АН СССР, 1955.

30. Коржинский Д.С. Теория метасоматической зональности М.: Наука, 1982.- 104 с.

31. Кравченко С.М. Кимберлиты: сочетание дифференцированных серий разноглубинных мантийных магм // Доклады РАН. 1993. - т.3 32. - №2.

32. Крамбейн У., Грейбилл Ф. Статистические модели в геологии. М.: Мир, 1969. - 400 с.

33. Крутоярский М.А., Милашев В.А., Рабкин М.И. Кимберлиты бассейнов рек Омоноса и Укукита / / Тр. НИИГА. Л.: Госнаучтехиздат, 1959.1. Т. 65. С. 27-34

34. Ле-Ба М., Штрекайзен А.Л. Систематика магматических горных пород Международного союза геологических наук // Зап. ВМО. 1991. - ч. ССХ. - № 4.

35. Методические основы исследования химического состава горных пород, руд и минералов / Под ред. Г.В. Остроумова. --М.: Наука, 1979. 400 с.

36. Милашев В.А. Петрохимия кимберлитов Якутии и факторы их алмазоносности Л.: Недра, 1965. -160 с.

37. Милашев В.А. Трубки взрыва Л.: Недра, 1984.- 268 с.

38. Милашев В.А., Табунов С.М., Томановская Ю.И. Кимберлитовые поля северо-восточной части Сибирской платформы / Кимберлитовый вулканизм и перспективы коренной алмазоносности северо-востока Сибирской платформы JI. : НИИГА, 1971.- С. 5-42.

39. Мороз С.А., Оноприенко В. И. Методология геологической науки. Киев: Вища школа, 1985.- 199 с.

40. Павлов Д.И., Илупин И.П., Горбачева С.А. Захороненные рассолы Сибирской платформы как возможный фактор преобразования первичного состава кимберлитов // Изв. АН СССР. Сер. геол.- 1985. №3. - С. 44-53.

41. Петрохимия кимберлитов / А.Д. Харькив, В.В. Зуенко, H.H. Зинчук и др. М. : Наука, 1991. - 304 с.

42. Потапов Е.Е. О результатах детальной разведки глубоких горизонтов трубки Мир (1977-1981) : Отчет о НИР / Ботуобинская ГРЭ; Инв. №150. Мирный, 1981.

43. Разумова В.Н. Древние коры выветривания и гидротермальный процесс. М.: Наука, 1977. -156 с.

44. Рингвуд А.Е. Состав и петрология мантии Земли- М.: Недра, 1981. 584 с.

45. Рощин В.П. О результатах горноопробовательных работ на трубке Молодость (объект «Горный»):

46. Отчет о НИР / Амакинская ГРЭ; Инв. №517. Айхал, 1988а.

47. Рощин В. П. О результатах поисковых работ на известных кимберлитовых телах в Далдыно-Алакитском алмазоносном районе за 1985-88 гг.: Отчет о НИР / Амакинская ГРЭ; Инв. № 0 4 94, 19886.

48. Сарычев И.К., Фомин A.C. Типовая геолого-генетическая модель кимберлитовой трубки Далдыно-Алакитского района // Геология и геофизика. 1992. -№1. - С. 126-134.

49. Скиннер Э.М., Клемент K.P., Герни Д. Д., Эптер Д.Б, Хеттон К.Д. Пространственное распределение и структурная позиция кимберлитов Южной Африки // Геология и геофизика. 1992. -№10 .

50. Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии.- Новосибирск: Наука, 1974. 263 с.

51. Соболев Н.В., Харькив А.Д., Похиленко Н.П. Кимберлиты, лампроиты и проблема состава верхней мантии // Геология и геофизика. 1986.- №7.

52. Сонин В.М., Жимулев Е.И., Федоров И. И., Осоргин Н.Ю. Травление кристаллов алмаза в силикатном расплаве в присутствии существенно водного флюида при высоких Р-Т параметрах // Геохимия. 1997. - №4. - С. 451-455.

53. Специус З.В., Серенко В.П. Состав континентальной верхней мантии и низов коры под Сибирской платформой. М.: Наука, 1990. - 272 с.

54. Сурков Н. В. Система минералогических гео-термобарометров для глубинных парагенезисов на основе фазовой диаграммы базовой петрологической системы СаО—MgO—Al203-Si02 // Геология и геофизика. 1998. - №11. - С. 1539-1552.

55. Трофимов B.C. Закономерности размещения и образования алмазных месторождений М.: Недра, 1967. - 300 с.

56. Урбах В.Ю. Биометрические методы. М.: Недра, 1964. - 414 с.

57. Уханов A.B. Оливиновый мелилитит из алмазоносной трубки взрыва на Анабаре // ДАН СССР 1963 - т. 153 - №4.

58. Уханов A.B., Рябчиков И.Д., Харькив А.Д. Литосферная мантия Якутской кимберлитовой провинции. М.: Наука, 198 8. - 286 с.

59. Харькив А.Д., Зинчук H.H., Крючков А. И. Коренные месторождения алмазов мира. М.: Недра, 1998. - 555 с.

60. Akella J. & Boyd F.R. Partitioning of Ti and A1 between pyroxenes, garnets and oxides // Carnegie Inst. Washington Yearbook, 1972. 71.- pp. 378-384 .

61. Atkinson W.J., Hughes F.E., and Smith C.B. A review of kimberlitic rocks of Western Australia / Kornprobst J. (Ed.): Kimberlites. I: Kimberlites and related rocks. Amsterdam: Elsevier - 1984 - pp. 195-224.

62. Brooker R.A. The effect of C02 saturation on immiscibility between silicate and carbonate liquids: an experimental study // J. Petrol. -1998. v. 39. - pp. 1905-1915.

63. Brooker R.A. & Hamilton D.L. Three liquid immiscibility and the origin of carbonatites // Nature. 1990. - v. 346. - pp. 459-462.

64. Carswell D.A. Primary and secondary phlogopites and clinopyroxenes in garnet lherzolite xenoliths / Rhys. Chem. Earth, 1975.- v. 9. pp. 417-429.

65. Chopin C. & Sobolev N.V. Principal minéralogie indicators / Coleman R.C., Wang X. (Eds.). Ultrahigh pressure metamorphism. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1995. pp. 96-132.

66. Dawson J.B. & Hawthorne J.B. Magmatic sedimentation and carbonatitic differentiation in kimberlite sills at Benfontein, South

67. Africa // Quart. J. Geol. Soc. 1973. v. 279. - pp. 61-85.

68. Diday E. The dynamic clusters method in non-hierarchical clustering // Intern. J. of Computer and Information Sei. 1973. - N2. -pp. 61-88.

69. Diller J.S. Notes on the peridotite of Elliott County, Kentucky // Am. Journ. Sci.-1886 v. 32 - pp. 121-125.

70. Diller J.S. Peridotite of Elliott County, Kentucky // U.S. Geol. Survey Bull. 1887 - 38 - 31 p.

71. Diller J.S. Mineralogical notes // Am. Journ. Sei. -1889 - v. 37 - pp. 216-220.

72. Diller J.S. Mica-peridotite from Kentucky // Am. Journ. Sei. 1892 - v.44 - pp. 286-289.

73. Ferguson J., Danchin R.V., and Nixon P.H. Fenitization associated with kimberlite magmas / Nixon P.H. (Ed.) . Lesotho kimberlites. Lesotho Nat. Develop. Corp., 1973. pp. 207213.

74. Gasparik T. Phase relations in transition zone // J. Geophys. Res. 1990. - v. 95. -No. BIO. - pp. 15751-15769.

75. Ionov D.A., Dupuy C., O'Reilly S.Y., Kopylova M.G., Genshaft Y.S. Carbonated peridotite xenoliths from Spitsbergen: implication for trace element signature of mantlecarbonate metasomatism // Earth Planet. Sci. Lett. 1993. - v. 119. - pp. 283-297.

76. Kampunzu A.B., Lubala R.T. (Eds.) Magmatism in extensional structural settings // Berlin: Springer, 1991 637 p.

77. Kjarsgaard B.A. & Hamilton D.L. Liquid immiscibility and the origin of alkali-poor carbonatites // Miner. Mag. 1988. - v. 52. -pp. 43-55.

78. Kogarko L.N., Henderson C.M.B., Pacheco H. Primary Ca-rich carbonatite magma and carbonate silicate - sulphide liquid immiscibility in the upper mantle // Contrib. Mineral. Petrol. -1995. - v. 121. - N3. - pp. 267-274.

79. Kresten P. The chemistry of fenitization: examples from Fen, Norway // Chem. Geol. -1988. v. 68. - pp. 329-349.

80. Kushiro I. On the nature of silicate melt and its significance in magma genesis: regularities in the shift of the liquidus boundaries involving olivine, pyroxene, and silicaminerals // Am. J. Sci. 1975. - v. 275. -pp. 411-431.

81. Kushiro I. Changes with pressure of degree of partial melting and K20 content of liquidus in the system Si02 Mg2Si04 - KalSi04 // Carnegie Inst. Washington Yearbook, 1980. - 79. pp. 267-271.

82. Lee W.-J. & Wyllie P.J. Liquid immiscibility in the join NaAlSi308 CaC03 to 2.5 GPa and the origin of calciocarbonatite magmas // J. Petrol. - 1996. - v. 37. - pp. 1125-1152.

83. Le Roex A. P. Geochemical correlation between southern African kimberlites and South Atlantic hot-spots // Nature 1986 - v. 324 - pp. 243245.

84. Meyer H.O.A. Kimberlites of the continental United States: a review // Journ. Geol. 1976 - v.84 - pp. 377-403.

85. Mitchell R.H. Mineralogy of the Tunraq kimberlite, Somerset island, N.W.T., Canada / Boyd F.R., Meyer H.O.A. (Eds): Kimberlites, diatremes and diamonds, vol. 1 Washington : AGU, 1979 - pp. 161-171.

86. Mitchell R.H. Kimberlites, orangeites, lamproites, melilitites, and minettes: a petrographic atlas Almaz Press, 1997 - 243 p.

87. Morogan V. Mass transfer and REE mobility during fenitization at Alno, Sweden // Contrib. Mineral. Petrol. 1989. - v. 103. - pp. 25-34.

88. Ringwood A.E., Kesson S.E., Hibberson W., and Ware N. Origin of kimberlite and related magmas // Earth Planet. Sci. Lett. 1992 - v. 113 -pp. 521-538

89. Rogers A.W. and du Toit A.L. Annual report of the geological comission of the Cape of Good Hope, 1903.

90. Rogers A.W. and du Toit A.L. The Sutherland volcanic pipes and their relationship to other vents in South Africa // Trans. Phil. Soc. S. Afr. 1904 - v. 15 - pp. 61-74.

91. Ruotsala A.P. Alteration of Finsch kimberlite pipe, South Africa // Econ.Geol. 1975.v. 70. N3 .

92. Scott B.H. Petrogenesis of kimberlites and associated potassic lamprophyres from Central West Greenland / Boyd F.R., Meyer H.O.A. (Eds): Kimberlites, diatremes and diamonds, vol. 1 -Washington: AGU, 1979 pp. 190-205.

93. Smith C.B. Pb, Sr, and Nd isotopic evidence for sources of southern African Cretaceous kimberlites // Nature 1983 - v. 604 pp. 51-54.

94. Smith C.B., Gurney J.J., Skinner E.M.W., Clement C.R., Ebrahim N. Geochemical charater of southern African kimberlites: a new approach based on isotopic constrains // Trans. Geol. Soc. S. Afr. 1985 - v. 88 - pp. 267-280.

95. Taljaard M.S. South African melilite basalts and their relations // Trans. Geol. Soc. S. Afr. 1936 - v. 39 - pp. 281-316.

96. Taylor W.R., Tompkins L.A., and Haggerty S.E. Comparative geochemistry of West African kimberlites : evidence for a micaceous kimber-lites endmember of sublithospheric origin // Geochim. Cosmochim. Acta 1994 v. 58 pp. 4017-4038

97. Yoder H.S. Relationship of melilite-bearing rocks to kimberlite: a preliminary report on the system akermanite -C02 / Phys. Chem. Earth, IX, Amsterdam: Elsevier, 1975 pp. 883-894.

98. Vasilenko V.B. Petrochemistry of major diamond deposits of Yakutia // Kimberlites of Yakutia, 6th Int. Kimb. Conf., Field Guide Book. Novosibirsk, 1995. - P. 46-59.

99. Wagner P.A. The diamond fields of South Africa Johannesburg: Transvaal Leader, 1914 -347 p.

100. Williams A.I. The genesis of diamond London, 1932.

101. Wyllie P.J. Magmas and volatile components // Amer. Miner. 1979. - 64. - pp. 469-500.