CC BY
49В. С. Шкодзинский
Владимир Степанович Шкодзинский,
доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Института геологии алмазов и благородных металлов СО РАН
На окраинах платформ (самых древних участках континентов) находятся наиболее крупные россыпные месторождения алмазов. Они обнаружены в Африке, Южной Америке, в Австралии и в некоторых других регионах. К ним относятся и россыпи на севере Сибирской платформы. Здесь в сравнительно небольшом по площади бассейне р. Эбелях (~2000 км2) находится более половины россыпных алмазов России [1]. Эти россыпи имеют множество специфических особенностей. Природа их до сих пор непонятна, что тормозит рациональный прогноз и поиски новых месторождений алмазов.
Главной парадоксальной особенностью этих россыпей является отсутствие возле них высокоалма-
зоносных кимберлитовых трубок, которые могли бы быть коренными источниками алмазов. Почти во всех таких россыпях алмазы являются крупными и высококачественными, поэтому столь важно было бы найти их источники. Например, в прибрежных россыпях юго-западной Африки средний вес алмазов достигает двух карат (400 мг), большинство их являются ювелирными (средняя цена до 1000 долларов за карат), общие запасы составляют 1 - 3 млрд карат [2]. А вот даже в самых богатых ким-берлитовых трубках этого континента средний вес алмазов не превышает десятых долей карата (0,12 - 0,15 карат в трубках Кимберли, Премьер, Као). Массовое крупнообъёмное (многие тысячи тонн) опробование
На фото вверху - россыпные алмазы р. Маят. (Из подборки фото, подготовленной пресс-службой ОАО «Алмазы Анабара» к его 10-летнему юбилею)
не выявило ни одного крупного ювелирного алмаза в ближайших к россыпям кимберлитовых трубках. В россыпях на севере Сибирской платформы средний вес алмазов обычно составляет десятки миллиграмм, что значительно больше, чем в промышленных трубках Якутии (первые миллиграммы) [1].
Отсутствие возле россыпей (несмотря на огромные запасы в них алмазов) коренных источников этого минерала обычно объясняют привносом его из гипотетических неоткрытых трубок, удалённых на многие сотни и даже тысячи километров. Однако имеется большое количество противоречий в этом предположении. Алмаз не смачивается водой, поэтому он имеет небольшое сцепление с ней и в тех случаях, когда алмазоносные трубки пересекаются водотоками, кристаллы этого минерала уносятся обычно не более, чем на первые десятки километров [1, 2]. В рассматриваемых россыпях часто содержится большое количество высокодефектных алмазов, которые должны разрушаться при длительном переносе. Например, около половины алмазов россыпей севера Сибирской платформы представлены разновидностями V и VII (по Ю. Л. Орлову). Такие алмазы содержат огромное количество включений и трещин, поэтому являются непрочными и обычно имеют в несколько раз более высокую степень механического износа, чем другие разновидности этого минерала [1]. Они не могли бы сохраниться в случае переноса на большие расстояния.
В хорошо изученных южных окрестностях россыпей севера Сибирской платформы отсутствуют трубки с типичными для россыпей алмазами разновидностей V и VII. Поэтому обычно предполагается привнос этого минерала из удалённых на многие сотни километров гипотетических трубок, обнажавшихся в районе дельты р. Лены или моря Лаптевых. Однако реки всегда текут в сторону моря, поэтому предполагаемый перенос алмазов навстречу их течению является невероятным.
В случае предполагаемого привноса алмазов из очень удалённых источников, непонятной является большая средняя крупность кристаллов этого минерала в россыпях. Обычно принимается, что при переносе происходит сортировка алмазов по размеру, что приводит к увеличению средней крупности алмазов в россыпях дальнего переноса [2, 3 и др.]. Это ошибочное предположение. Из многочисленных теоретических и экспериментальных данных следует, что с увеличением размера частиц резко уменьшается дальность их переноса в водных потоках. Это наглядно иллюстрирует рис. 1. Из него видно, что, например, золотины размером более 5,5 мм в Куларской россыпи вообще не переносились, а размером 0,5 мм мигрировали на расстояние около 1400 м. На рис. 2 показано соотношение среднего веса алмазов в россыпях нижних и верхних частей водотоков Лено-Анабарского района, Вишерского Урала и Африки. Он иллюстрирует, что средний вес алмазов в нижних частях водотоков в среднем примерно в 2 раза меньше, чем в верхних.
В процессе переноса содержание алмазов в россыпях должно было чаще всего уменьшаться вследствие
Рис. 1. Зависимость дальности переноса частиц золота (Ц, м) от их диаметра (б,, мм).
Районы: 1 - Куларский; 2 - Ленский [4]
мг
0)
1 150-
верхнее течение
Рис. 2. Соотношение среднего веса кристаллов алмаза в россыпях верхнего и нижнего течения водотоков.
1 - Лено-Анабарский район Якутии; 2 - Вишерский Урал; 3 - Африка (построен по данным [1, 2])
поступления неалмазоносного материала из боковых притоков. Поэтому россыпи с высоким средним размером алмазов должны быть богаче, чем с небольшим. Как видно из рис. 3, такая зависимость, хотя и слабо выраженная, действительно существует в россыпях
кар/м3 2
1 --
О
20
мг
Рис. 3. Соотношение среднего содержания (кар/м3) и веса кристаллов алмаза (мг) в россыпях Лено-Анабарского района (по данным [1])
Лено-Анабарского района. Всё это вполне определенно свидетельствует о том, что при дальнем переносе размер и содержание алмазов в россыпях должны уменьшаться, а не увеличиваться. Повышенные их размер и содержание свидетельствуют о близости коренных источников алмазов россыпей.
Следовательно, имеющиеся данные указывают на то, что в рассматриваемых россыпях алмазы поступали из местных источников. Природу этих источников позволяют оценить другие особенности россыпей. Многие исследователи отмечали преобладание включений минералов основного по составу эклогитового парагенезиса (железистого граната, глиноземистого пироксена, коэсита) в их алмазах. Из этого следует, что алмазы рассматриваемых россыпей кристаллизовались не в кимберлитовых, а в основных (более богатых кремне-кислотой и железом) магмах. Это подтверждается содержанием в некоторых россыпях большого количества богатых кальцием и железом гранатов, характерных для основных магматических пород, а также присутствием гальки этих пород [1, 5].
Ещё одним свидетельством такого происхождения алмазов рассматриваемых россыпей является преобладание среди них округлых кристаллов. Ранее [6] было показано, что доля округлых алмазов прямо пропорциональна содержанию кремнекислоты во вмещающих кимберлитах и лампроитах (щелочных основных породах). Данное явление обусловлено тем, что с возрастанием количества кремнекислоты в остаточных расплавах при кристаллизации магм резко возрастает вязкость. Это приводит к уменьшению скорости диффузионного подтока атомов углерода к растущим алмазам и к сокращению площади образующихся слоев роста на гранях кристаллов. Грани становятся выпуклыми и возникают округлые алмазы. Содержание кремнекислоты в основных магмах примерно в два раза больше, чем в
кимберлитовых, поэтому в них кристаллизуется намного больше округлых алмазов.
Основные магмы имеют совершенно иное происхождение, чем кимберлитовые. Последние образовались из остаточных расплавов перидотитового (богатого магнием) придонного слоя магматического океана, возникшего, по современным данным, путём импактного (в результате ударов) плавления при аккреции Земли [5]. Такой генезис объясняет высокое содержание в кимберлитах расплавофильных химических компонентов (СО2, Н2О, лёгких редких земель), накапливавшихся в расплавах. Поздняя кристаллизация этого слоя является причиной образования кимберлитов преимущественно в последние полмиллиарда лет. Присутствие продуктов кристаллизации этого слоя только под платформами обусловило распространение кимберлитов лишь на древних участках континентов с возрастом более 2,5 млрд лет и отсутствие их в океанах (правило Клиффорда).
Основные магмы возникали в результате деком-прессионного переплавления при подъёме продуктов затвердевания расплавов синаккреционного магматического океана во всплывавших нижнемантийных струях (плюмах), подогретых изначально более горячим железным ядром Земли. Эти продукты представлены эклогитами, сложенными в основном гранатом и клино-пироксеном, и имеют толеитовый (бедный щёлочами) состав в связи с образованием при малобарической дифференциации малоглубинного синаккреционного магматического океана. Такой состав был унаследован первичными основными магмами, возникавшими в плю-мах. Это объясняет очень широкое развитие толеито-вых основных пород на континентах и в океанах.
Общепризнано, что массовый подъём плюмов, сопровождавшийся образованием большого количества основных магм, приводил к расколу располагавшихся над ними континентов и к возникновению на них прогибов и океанов. Поэтому крупные россыпи плюмовых алмазов с неустановленными коренными источниками трассируют наиболее крупные тектонические расколы и приурочены к краям континентов, где располагались эти расколы. Это особенно хорошо видно на примере Африки и Южной Америки (рис. 4). Данные континенты образовались при возникновении Атлантического океана путём раскола континента Гондваны и раздви-жения его осколков. В Африке и в Южной Америке россыпи приурочены к приатлантическим частям этих континентов, что подтверждает связь их образования с расколом. Другие россыпи, показанные на рис. 4, также приурочены к краям континентов. Возраст цирконов в северных россыпях Сибирской платформы составляет 219 - 234 млн лет [1], что примерно соответствует времени траппового (массового основного) магматизма (210 - 250 млн лет) и указывает на кристаллизацию алмазов этих россыпей в остаточных магматических очагах плюма, генерировавшего этот магматизм и вызвавшего формирование Тунгусской синеклизы.
Алмазы в магмах могли формироваться только при процессах их кристаллизации, так как лишь при этом происходило увеличение в остаточном расплаве
трубки
Рис. 4. Распределение алмазоносных россыпей (красный цвет)
в провинциях:
1 - Гзианской; 2 - Бразильской; 3 - Западно-Африканской; 4 - Центрально-Африканской; 5 - Южно-Африканской; 6 - Уральской; 7 - Якутской; 8 - Индийской; 9 - Китайской; 10 - Индонезийской; 11 - Западно-Австралийской; 12 - Восточно-Австралийской [2]
концентрации углерода, необходимое для алмазообра-зования [6]. Кимберлитовые алмазы кристаллизовались в результате остывания и затвердевания перидотитового слоя глобального океана магмы, образовавшегося в результате импактного тепловыделения при аккреции Земли. В возникших в плюмах очагах основных магм алмазы могли формироваться в случае остывания и кристаллизации этих очагов под влиянием более низкой температуры в верхних частях мантии по сравнению с нижними. Такое остывание должно было происходить при прекращении или резком замедлении подъёма плюмов в случае достижения ими мощной прочной литосферы (холодной верхней части континентов). Алмазы могли стабильно формироваться только в условиях давления примерно свыше 40 кб. Такое давление существовало под мощной литосферой при подъёме плюмов под континентами. В удалённых от континентов частях океанических областей литосфера значительно тоньше. Это является причиной нетипичности для них крупных россыпей алмазов.
Остывание и кристаллизация очагов толеитовых магм в плюмах должны были сопровождаться гравитационной отсадкой возникавших породообразующих минералов, что приводило к накоплению в остаточных расплавах расплавофильных химических компонентов (щёлочей, железа, летучих, лёгких редких земель) и к возникновению щёлочно-основных (в том числе лам-проитовых) магм. Одновременно происходила кристаллизация алмазов. Поэтому их количество, при прочих равных условиях, должно прямо коррелироваться с содержанием расплавофильных компонентов в породах. По этой причине малощелочные основные породы исключительно редко содержат единичные алмазы, а тела щелочных пород, лампроитов, в Австралии раз-
рабатываются как месторождения алмазов.
Казалось бы, парадоксальной особенностью алмазов россыпей с неустановленным коренным источником является присутствие в них в некоторых регионах одновременно включений минералов как нижней (ферропериклаз, М^ьперовскит, стишовит), так и верхней (пироп, оливин, пироксен) мантии. Такое со-нахождение включений резко разноглубинных минералов установлено в Бразилии, Гвинее, Австралии и в некоторых других регионах [7]. Очевидно, что оно хорошо объясняется кристаллизацией алмазов в поднимавшихся и останавливавшихся плюмах сначала в условиях нижней, а затем верхней мантии (рис. 5).
Кристаллизация алмазов в благоприятных для их роста условиях (очень большого давления и температуры) является причиной чаще всего большого размера и высокого качества в рассматриваемых россыпях. Объёмы тел щелочно-основных пород в среднем во многие десятки раз превосходят объёмы ким-берлитовых трубок. Это объясняет большие размеры россыпей с округлыми алмазами и обычно огромные запасы последних.
россыпи, покровы туфов
Рис. 5. Схема образования нижнелитосферных кимберлитовых и плюмовых лампроитовых магм.
Места кристаллизации нижнемантийных (1) и верхнемантийных (2) алмазов. МП - магмопотоки
Возникает вопрос, почему в районе рассматриваемых россыпей обычно не удаётся найти высокоалмазоносные трубки? Ответ на него дают результаты расчётов количественных моделей эволюции магм при подъёме [6]. Из них следует, что кимберлитовые и другие относительно низкотемпературные магмы после вскипания при подъёме начинали интенсивно затвердевать. Это обусловлено тем, что летучие компоненты являются сильными плавнями, поэтому уменьшение их концентрации в расплаве под влиянием выделения (выкипания) при декомпрессии приводило к его кристаллизации или остек-лованию. Эти процессы заканчивалась взрывом затвердевших верхних частей поднимавшихся магматических колонн под влиянием законсервированного затвердеванием высокого внутреннего давления газовой фазы. В результате формировались взрывные диатремы (трубки) и заполняющие их брекчии (кривая 1 на рис. 6).
Протяжённость диатрем в основном определялась температурой и содержанием летучих компонентов в магмах, особенно труднорастворимой в расплаве
ПОфОВь/
туфов флюидизиты
эсЛ+Ф=РсФ
Рис. 6. Схематические Р-Т диаграммы фазового состава и эволюции кимберлитовых (пунктир) и лампроитовых (сплошные линии) магм.
Линии со стрелками - эволюция поднимающихся магм при образовании трубок (1), покровов туфов (2) и штокверков флюидизитов (3). К и Л - твёрдые фазы соответственно кимберлита и лампроита; КЛ и ЛЛ - то же, в условиях ликвидуса; Рск, Рс" и Рсф -расплав соответственно кимберлита, лампроита и более богатый летучими компонентами; Ф - флюидная фаза
углекислоты. Вследствие зарождения в подстилавшей континенты астеносфере (затронутой плавлением мантии) магмы плюмов имели на сотни градусов более высокую первичную температуру, чем кимберлитовые, образовавшиеся в относительно низкотемпературной литосфере. Содержание углекислоты в лампроитах в среднем составляет около 1%, а в кимберлитах - около 18%. Из этого следует, что протяжённость щёлочно-основных диатрем должна быть во много раз меньше, чем кимберлитовых. Кимберлитовые трубки имели протяжённость порядка 1 - 2 км. Образованные щелочно-основными магмами диатремы обычно должны иметь глубину десятки, реже - первые сотни метров (кривая 2 на рис. 6). При такой небольшой протяжённости они чаще всего должны были относительно быстро полностью уничтожаться эрозией, поскольку срез промышленных трубок в Якутии составляет сотни метров, а в Африке достигает полутора километров. Поэтому такие диатремы в районе рассматриваемых россыпей, видимо, в основном не сохранились. Подобные диатремы частично сохранились в Бразилии, где щелочной магматизм является относительно молодым (92 - 95 миллионов лет) [2].
Важной особенностью взрывов щелочно-основных магм было то, что вследствие небольшой протяжённости и объёма образованных ими диатрем главная масса раздробленного взрывом алмазоносного материала выбрасывалась на земную поверхность и формировала покровы туфов. Большая часть этих покровов, особенно расположенных на возвышенностях и склонах, вследствие их рыхлости и небольшой мощности быстро размывалась с перемещением алмазов в понижения и с образованием алмазоносных россыпей. Площадь распространения продуктов взрыва крупного вулкана может достигать многих сотен тысяч квадратных километров. Это объясняет присутствие россыпей с неустановленными источниками на огромных площадях. На севере Сибирской платформы они распространены на площади около 400 тыс. км2 [1], в Южной Америке - на нескольких миллионах км2 [2].
Остатки алмазоносных вулканических покровов могли сохраняться в том случае, если их материал падал в водоёмы и быстро перекрывался более молодыми осадками. Сформированный таким материалом слой богатых алмазами туффизитов мощностью в десятки сантиметров обнаружен в породах триаса в приустьевой части р. Лены [5]. Их алмазы полностью идентичны таковым в россыпях. Слой алмазоносных туфов установлен Компанией Diagem и в местности Джуина в Бразилии, где очень широко распространены россыпи с неизвестными коренными источниками. Подобные породы, а не кимберлитовые трубки, являются главными источниками алмазов в рассматриваемых россыпях. Заимствование их алмазов преимущественно из покровов туфов подтверждается очень большой площадью распространения россыпей, повышенными размером и содержанием алмазов в россыпях верхних частей водотоков, присутствием алмазов не только в русловых отложениях рек, но и на склонах долин и водоразделах, в карстовых депрессиях [1].
Очевидно, что самые высокотемпературные магмы, завершавшие свою эволюцию при подъёме в поле расплав + флюид (кривая 3 на рис. 6), в общем случае не должны были взрываться в связи с отсутствием процессов декомпрессионного затвердевания. Выделение и расширение в них флюидной фазы при декомпрессии должно было приводить к вспениванию магмы. Вследствие очень большой подвижности, возникшая преимущественно расплавно-газовая смесь могла прорываться сквозь трещины перекрывающих пород и формировать в них штокверки флюидизитов, содержащие алмазоносный магматический материал, сильно изменённый под влиянием летучих компонентов. Такие породы описаны в Вишерском Урале. Их природа была непонятна. Диаграмма на рис. 6 объясняет происхождение флюидизитов и подтверждает их образование из щелочно-основ-ных магм.
Подводящие каналы размытых покровов алмазоносных туфов и небольших взрывных диатрем севера Сибирской платформы должны были сохраниться. Они должны быть представлены небольшими штоками и дайками щелочно-основных пород. Вследствие высокого содержания в магмах летучих компонентов их ранние высокотемпературные минералы должны были заместиться низкотемпературными водосодержащими и в значительной степени превратиться в глины. Такие тела оглиненных щелочно-основных пород широко распространены в бассейне р. Эбелях, и в них установлено присутствие алмазов [8]. Их магмы, а не гипотетические кимберлитовые трубки, по всем данным, выносили алмазы уникальных россыпей севера Сибирской платформы. Россыпи с самыми крупными алмазами маркируют положение остатков этих коренных источников. Такие россыпи наиболее распространены на левобережье
р. Эбелях (бассейны ручьев Ыраас-Юрях, 53, Гусиный, Холомолоох). Здесь наблюдаются не только повышенный средний вес алмазов (27,6 - 39,2 мг), но и наиболее высокие (до 19,04 кар/м3) содержания алмазов в россыпях [1]. Это подтверждает былое широкое распространение здесь покрова алмазоносных туфов, явившегося коренным источником алмазов россыпей.
Список литературы
1. Граханов, С. А. Россыпи алмазов России/С. А. Гоа-ханов [и др.]. - Новосибирск: Гео, 2007. - 457 с.
2. Подчасов, В. М. Россыпи алмазов мира /В. М. Под-часов [и др.]. - М.: Геоинформарк, 2005. - 747 с.
3. Попов, А. В. Россыпи алмазов Урала / А. В. Попов // Современные проблемы науки и образования. -2014. - № 6. - С. 1-8.
4. Виноградова, О. В. Русловые процессы и формирование аллювиальных россыпей золота / О. В. Виноградова, Н. В. Хмелева - М. : МГУ, 2009. - 171 с.
5. Граханов, С. А. Возраст прогнозируемых коренных источников алмаза на севере Сибирской платформы / С. А. Граханов, А. П. Смелов // Отечественная геология. - 2011. - № 5. - С. 56-63.
6. Шкодзинский, В. С. Петрология литосферы и кимберлитов (модель горячей гетерогенной аккреции Земли) /В. С. Шкодзинский. - Якутск : СВФУ, 2014. -452 с.
7. Каминский, Ф. В. Минералогия и геохимия нижней мантии / Ф. В. Каминский // Чтения им. В. И. Вернадского. - М. : ГЕОХИ РАН, 2011. - 65 с.
8. Подвысоцкий, В. Т. Терригенные алмазоносные формации Сибирской платформы / В. Т. Подвысоц-кий. - Якутск : Изд-во ЯФ СО РАН, 2000. - 332 с.
ШЪ1<Е ТООЮС"
Формирование рабочей зоны глубоких кимберлитовых карьеров /
А. Н. Акишев, И. В. Зырянов, Б. Н. Заровняев, Г В. Шубин и др. - Новосибирск : Наука, 2015. - 204 с.
Книга посвящена проблеме разработки алмазных месторождений открытым способом на большой глубине и в сложных горно-геологических условиях. Дано научное обоснование технологии производства горных работ при обустройстве крутых углов откоса борта карьера уже на стадии проектирования. Для обоснования формирования рабочей зоны глубоких карьеров построена геологическая модель на примере отдельного месторождения с учётом его разломно-блокового строения. Исследовано влияние мерзлоты на состояние массива откосов уступов и бортов карьеров, рекомендованы мероприятия, обеспечивающие их устойчивость, позволяющие на нижних горизонтах формировать максимально возможные крутые углы откосов уступов и бортов карьеров, а также использование крутонаклонных съездов со специальными дорожными покрытиями, нано-модифицированной резиновой крошкой и природным цеолитом для достижения высокого коэффициента сцепления. На основе разработанных технических решений предложена трехэтапная отработка месторождения, обеспечивающая максимальное сокращение объёмов вскрыши и извлечения руды.
Книга может быть полезна специалистам, занимающимся открытой разработкой глубоких месторождений, а также аспирантам, соискателям и студентам вузов горного профиля.
