CC BY
61УДК 550.84; 549.746.5:553.8
ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА КИМБЕРЛИТОВЫХ ПОРОД ХОМПУ-МАЙСКОГО ПОЛЯ
Н. А. Опарин, О. Б. Олейников, Н. В. Заякина
Институт геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, 677007, г. Якутск, пр. Ленина, д. 39
Аннотация. Статья посвящена изучению минерального состава кимберлито-вых пород трубки Манчары и аномалии Thm-10-11 Хомпу-Майского поля, единственного в пределах Алданской антеклизы. Породы представлены в различной степени карбонатизированными кимберлитовой брекчией и порфировым кимберлитом. В данной работе был применен метод полуколичественного рентгенофазового анализа, который позволил проследить изменение минерального состава с глубиной в пределах каждого тела и оценить роль постмагматической карбонатизации и гипергенных изменений. Использование данного метода обеспечило диагностику в дезинтегрированной кимберлитовой брекчии трубки Манчары редкого магнезиаль-но-железистого водного карбоната - колингита Мд1С^е2(СО3) (0Н)242Н20. Он установлен в ассоциации слизардитом, хризотилом и бруситом, то есть в своем типичном парагенезисе, характерном и для кимберлитов.
Ключевые слова: кальцит, доломит, сидерит, рентгенофазовый анализ, ана-таз, кимберлит, Хомпу-Майское поле, Якутия.
THE FEATURES OF KIMBERLITE ROCKS MINERAL COMPOSITION OF KHOMPU-MAYSKOE FIELD
N.A. Oparin, O.B. Oleinikov, N.V. Zayakina
Diamond and Precious Metal Geology Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Lenin Avenue 39,677980 Yakutsk, Russia
Abstract. The article covers the study of kimberlite rocks mineral composition of Manchary pipe and Thm-10-11 anomaly of Khompu-Mayskoe field, only within the Aldan anteclise. Rocks are represented by carbonated kimberlite breccia and porphyritic kimberlite with varying intensity. In this article we applied the method of semiquantitative X-ray analysis, which allowed to track changes in the mineral composition with depth within each object and assess the role of post-magmatic carbonation and supergene changes. Using of this method provided the diagnostic allowed to intensity rare magnesium-ferrous hydrated carbonate -
coalingite (MgigFe2(COJ(OH)242H2O) in disintegrated kimberlite breccia from the Manchary pipe. It is obtained in an association with lizardite, chrysotile and brucite, which is typical paragenesis for this mineral, and also characteristic for kimberlites.
Key words: calcite, dolomite, siderite, X-ray analysis, anatase, kimberlite, Khompu-Mayskoe, Yakutia.
Хомпу-Майское кимберлитовое поле (рис. 1) находится в северной части Алданской антеклизы и территориально расположено в бассейне р.Тамма в 100 км южнее г. Якутска. В результате геофизических и буровых работ Ботуобинской и Арктической ГРЭ АК «АЛРОСА» в 2011-2012 гг. в районе Хомпу-Майского поля были вскрыты новая кимберлитовая аномалия Thm-10-11 и переопробована трубка Манчары. Все они прорывают карбонатные отложения верхнего кембрия и перекрыты юрскими тер-ригенными осадками мощностью 100-150 м [3].
Рис. 1. Геологическое положение Хомпу-Майского кимберлитового поля
Исследование пород этих трубочных тел показало, что они представлены ким-берлитовой брекчией (трубка Манчары) и порфировым кимберлитом с минимальным содержанием обломков осадочных пород и включений серпентинитов (аномалия Thm-10-11). Первичный вещественный состав кимберлитовых брекчий и порфировых кимберлитов этих тел, несмотря на текстурные различия однотипен. Основными компонентами пород являются ксенолиты серпентинитов, псевдомор-
фозы серпентина по макро-, мегакристаллам и вкрапленникам оливина. Основная масса наименее измененных кимберлитов этих тел сложена флогопитом, серпентином, кальцитом, перовскитом, апатитом, минералами переменного состава магне-тит-хромшпинелид и андрадит-шорломит.
Для пород всех тел характерна различная по интенсивности наложенная карбо-натизация. Для оценки роли постмагматической карбонатизации и гипергенных изменений минерального состава пород с глубиной использован метод полуколичественного рентгенофазового анализа [2].
Изучение минерального полуколичественного состава пород проводилось методом рентгенофазового анализа на дифрактометре D2 PHASER (фирма «Bruker»). Съемка порошковых образцов выполнялась на Cu Ka излучении, напряжении трубки 30 кВ и силе тока 10 мА в интервале 4 - 65° (29°). Контроль работы дифрактометра осуществлялся по съемке стандартного (NIST) образца корунда. Диагностика минералов и полуколичественный анализ минерального состава кимберлитов проводились с использованием поставленных с прибором программ и базы данных PDF - 2 с учетом петрографического и химического состава пород. При данном методе исследования, минералы, присутствующие в малых количествах (меньше 1-2 мас. %) и плохо окристаллизованные в сложной полиминеральной смеси, могут быть не выявлены. Минералогические виды, приведенные по минералам-стандартам не всегда можно отождествлять с формулами реально присутствующих в пробе минералов, поскольку возможные изоморфные замещения могут не приводить к существенным изменениям метрики элементарной ячейки.
Определение слоистых силикатов в полиминеральных порошковых пробах затруднено, поэтому в ряде случаев дополнительно проводили съемку препаратов, насыщенных этиленгликолем. Насыщение этиленгликолем проведено для образцов с хорошо проявленным отражением порядка 14 А. В результате, в ряде образцов удалось подтвердить наличие минералов из группы смектита (сапонит, монтмориллонит).
Результаты полуколичественного рентгенофазового анализа проб порфирового кимберлита аномалии Thm-10-11 (рис. 2), вскрытой до глубины 184,7 м, показывают, что в интервале 0-30 м от поверхности тела породы подверглись гипергенному изменению и интенсивной наложенной карбонатизации. В результате, суммарное количество карбонатов в измененной кимберлитовой брекчии составляет от 67 до 74 мас. %, а доля монтмориллонита варьирует от 2 до 8 мас. %. Сложные изоморфные взаимоотношения Ca, Fe и Mg в карбонатах отражаются в результатах анализа, которыми зафиксировано присутствие доломита, магнезита, сидерита и магнезиального кальцита. В тоже время в породе из керна самого глубокого интервала (180,7-184,7 м) присутствуют кальцит (3 мас. %), который не установлен в кимберлите верхних горизонтов, и доломит (27 мас. %), но не установлены железосодержащие разновидности карбонатов. Флогопит не определен только в наиболее карбонатизирован-ных породах, в которых количество карбонатных минералов превышает 70 мас. %. Апатит присутствует постоянно не зависимо от степени изменения породы (от 5 до
11 мас. %). Перовскит в породе замещен микрозернистым агрегатом анатаза (от 1 до 3 мас. %). Магнезиоферрит (4 мас. %) и хризотил (43 мас. %) установлены только в наименее карбонатизированном кимберлите наиболее глубинного интервала опробования трубки. Такая особенность позволяет предположить, что данные минералы могут являться источником РеО и частично МдО для карбонатов в карбонатизированном кимберлите. О чем косвенно свидетельствует постоянное присутствие в породе ксеноморфных микрозерен кварца (от 4 до 15 мас. %).
« 50 I 40
V
5
<-> 30 20 10 0
180.7-184.7
Условные обозначения к графикам
Анатаз,перовскит Карбонаты (сидерит, магнезит,доломит,анкерит) Кварц
- Магнезиоферрит
Монтмориллонит, сапонит
- Серпентины
(хризотил,лизардит) Флогопит
- Апатит
- Кальцит
Шорломит, андрадит Магнетит
Гидрогалькит, брусит
Каолинит
Хлорит
150.7-160.7 160.7-170.7 170.7-180.7
Глубина, м
Рис. 2. График распределения минералов кимберлитовой брекчии аномалии ТИт-10-11 по глубине
Рентгенофазовое изучение проб кимберлитовой брекчии трубки Манчары (рис. 3), вскрытой до глубины 212,4 м показало, что породы до глубины 130 м подверглись наложенной карбонатизации. В кимберлитовой брекчии появляется только доломит в количестве 14-24 мас. %. В пробах, отобранных из более глубинных интервалов (130-212,4 м), в основном присутствует кальцит, количество которого изменяется от 0 до 14 мас. %. Породы кимберлитовой трубки Манчары подверглись незначительному гипергенному изменению. Об этом свидетельствует присутствие в недоломитизированом кимберлите монтмориллонита (от 3 до 7 мас. %). Максимальное количество флогопита (11 мас. %) установлено в наименее измененных породах, которые присутствуют на максимально вскрытой глубине трубки (212,4 м). В тех случаях, когда доля серпентиновых минералов составляет 67-75 мас. %, флогопит не фиксируется, а когда количество хризотила и лизардита составляет 48-59 мас. %, он присутствует в значимых количествах. Следовательно, по крайней мере, часть серпентиновых минералов основной массы имеет более позднюю наложенную природу. Неизмененный перовскит появляется в породе с глубины 42 м (до 7 мас. %). На более высоких уровнях он замещен микрозернистым агрегатом анатаза. С глубины 130 м в кимберлитовой брекчии постоянно присутствует постмагматический гранат
ряда андрадит-шорломит (от 6 до 15 мас. %). Постмагматический магнетит установлен на всех уровнях, но его максимальные содержания (до 8 мас. %) выявлены, в интервале от 0 до 130 м, то есть в наиболее карбонатизированных породах.
Рис. 3. График распределения минералов кимберлитовой брекчии тр. Манчары (скв. 704) по глубине
Полученные в результате рентгенофазового изучения минеральные составы пород согласуются с данными химических анализов (табл. 1). Так в порфировом кимберлите аномалии ТЬт-10-11 верхних (табл. 1, обр. 2) горизонтов наблюдается увеличение содержаний С02, которое проявляется в присутствии в породе большого количества вторичных карбонатов - доломита, сидерита и магнезита (до 74мас. %). Следует отметить, что в наименее измененной породе (табл. 1, обр. 4) наблюдается превышение концентраций Ре203 над РеО, а до глубины 180,7 м в карбонатизирован-ном порфировом кимберлите содержание РеО преобладает над количеством Ре203 (табл. 1, обр. 1, 2, 3), что говорит об обогащении породы железосодержащим карбонатом сидеритом.
Таблица 1
Химический состав кимберлитовой брекчии тр. Манчары и ан. Thm-10-11, мас. %
№ образца Аномалия ТЬт-10-П Тр. Манчары, скв. 704
1 2 3 4 5 6 7 8
глубина, м 150,7160,7 160,7170,7 170,7180,7 180,7184,7 115 -125 125 -135 168 -179 201 -212,4
SiO2 9,1 16,42 7,63 25,97 18,55 27,62 28,41 24,55
ТЮ2 2,52 2,3 2,73 2,07 2,4 3,52 3,19 2,92
Окончание табл. 1
А1А 2,51 2,08 2,57 1,36 1,17 1,85 1,75 2,2
РеА 0,77 0,69 0,87 5,78 12,6 6,64 9,1 6,78
FeO 7,72 11,2 8,66 2,53 4,71 2,24 1,36 2,61
МпО 0,12 0,11 0,11 0,1 0,13 0,14 0,15 0,12
MgO 15,28 12,41 10,5 26,01 20,26 31,11 29,03 25,94
СаО 23,91 19,14 27,94 12,05 16,17 6,91 11,53 14,85
№20 0,04 0,03 0,03 0,67 0,03 1,75 0,39 0,7
кр 0,36 0,3 0,07 0,54 0,01 0,16 0,2 0,39
Н2О- 1,34 0,97 1,42 1,33 0,72 0,47 0,82 0,76
Н2О+ 2,88 2,61 2,65 6,5 6,82 9,45 11,83 9,71
Р2О5 1,65 1,54 1,58 1,07 4,58 1,27 0,15 3,59
СО2 32,05 27,98 31,84 14,78 11,84 6,9 2,47 5,13
Li2O 0,0181 0,0143 0,0077 0,0304 0,0107 0,0108 0,0004 0,0007
Rb2O 0,002 0,003 0,001 0,0041 0 0,001 0,001 0,003
S 0,02 0,15 0,23 0,21 0,3 0,26 0,24 0,13
Е 0,26 0,38 0,26 0,3 0,34 0,25 0,09 0,3
Сумма 100,12 99,64 99,75 99,84 99,78 99,98 99,87 99,8
Кимберлитовая брекчия трубки Манчары интервала 115-125 м содержит такие карбонатные минералы, как сидерит, магнезит и доломит (до 25мас. %), и как следствие для нее характерны высокие содержания СО2 до 12 мас. % и пониженные БЮ2 до 18,55 мас. % (табл. 1, обр. 5), а с глубиной наблюдается снижение количества углекислоты. Кроме того, в этом интервале наблюдается повышенное содержание Ре2О3 (до 12,6 мас. %), которое связано с присутствием в мезостазисе губчатых агрегатов магнетита.
Одной из двух скважин на глубине 50-80 м от поверхности трубки Манчары вскрыты участки дезинтегрированного кимберлита, который представляет собой смесь разноразмерных фрагментов крупнопорфировой кимберлитовой брекчии, мелкозернистой и глиноподобной массы. При изучении данного рыхлого агрегата измененной породы методом рентгенофазового анализа был установлено, что во всех исследованных образцах основным компонентом является смесь минералов из группы серпентина (лизардит, хризотил). Кроме того, в кимберлитовой брекчии в разных количествах присутствуют первичные и постмагматические минералы: флогопит, перовскит, апатит, кальцит, магнетит, гетит, гранаты андрадитового ряда, доломит, сидерит, гидроталькит, пироаурит, брусит, хлорит и минералы из группы смектитов. Наиболее характерная рентгенограмма дезинтегрированного кимберлита представлены на рис. 4.
30 40
2Theta (Coupled Two Theta/Theta) WL=1.54060
Рис. 4. Дифрактограмма препарата дезинтегррованной кимберлитовой брекчии
с колингитом
Отличительной особенностью минерального состава данных образцов является выявление в них редкого магнезиально-железистого водного карбоната колингита (рис. 4), количество которого меняется от 3 до 16 мас. % (табл. 2).
Таблица 2
Химический состав кимберлитовой брекчии и количество колингита в образцах из трубки Манчары, мас. %
Компонент Образец
1 2 3 4
SiO2 28.57 23.51 28.68 30.2
TiO2 3.7 0.12 3.81 3.61
А1А 1.77 0.89 2.59 1.8
Fe,O, 8.64 11.44 7.54 6.54
FeO 2.09 1.33 1.68 2.01
MnO 0.14 0.3 0.1 0.07
MgO 31.8 36.9 28.25 33.46
CaO 8.37 5.39 12.57 7.08
Na2O 0.89 0.89 0.18 0.2
K2O 0.51 0.05 0.42 0.13
H2O+ 12.08 15.12 11.25 12.79
Окончание табл. 2
PPP 0.03 0.86 0 0
РА 1.08 0.24 2.48 0.32
CO, 0 2.22 0.54 1.66
Li,O 0 0.0007 0 0
Rb,O 0.002 0.001 0.003 0
S 0 0.06 0.11 0.1
F 0.37 0.25 0.3 0.09
-O=F2 -0.16 -0.11 -0.13 -0.04
Сумма 99.89 99.47 100.4 100.04
Количество колингита нет 16 3 4
1 - монолитная кимберлитовая брекчия, валовая проба, интервал 40-50 м;
2 - дезинтегрированная кимберлитовая брекчия, фракция -0.09 мм, интервал 50-60 м;
3 - дезинтегрированная кимберлитовая брекчия, валовая проба, интервал 60-70 м; 4 - дезинтегрированная кимберлитовая брекчия, валовая проба, интервал 70-80 м.
Результаты детального изучения колингита и определения его химического состава на электронном сканирующем микроскопе JEOL JSM-6480LV с энергетическим дисперсионным спектрометром Energy 350 Oxford на выделенном единичном кристалле представлены в работе [1].
Следует отметить, что в кимберлитовых породах не было ранее выявлено подобных карбонатов и большинство находок колингита сделано в корах выветривания по серпентинитам, где он образуется по бруситу. В то же время парагенезис минерала в кимберлитовой брекчии трубки Манчары находится в полном соответствии с его типичной ассоциацией, характерной для серпентинитовых пород (хризотил, лизардит и брусит), претерпевших стадию гипергенного преобразования.
Так как участки дезинтегрированной кимберлитовой брекчии находятся на глубине не менее 50 м от поверхности трубки, можно предположить, что образование колингита непосредственно не связано с поверхностными корами выветривания. Кроме того, колингит содержащая порода вскрыта только одной из двух скважин. Поэтому появление водного карбоната можно связать с взаимодействием подземных межпластовых вод, циркулировавших в пределах трубки по вертикальной или наклонной зоне тектонических нарушений, с дезинтегрированной в результате динамического воздействия породой [1].
Результаты полуколичественного рентгенофазового анализа проб кимберлитовых пород аномалий Thm-10-11 и кимберлитовой трубки Манчары показывают, что в целом для них характерен однотипный состав, а некоторые отличия обусловлены различиями в интенсивности проявления поздне-, постмагматических и гипергенных процессов в пределах каждого кимберлитового тела. В тоже время можно констатировать, что породы этих тел генетически взаимосвязаны и сформированы однотипным кимберлитовым субстратом. Таким образом, данные полуколичествен-
ного рентгенофазового анализа кимберлитовых пород Хомпу-Майского поля позволили оценить не только минеральные особенности пород, но масштабы постмагматических и гипергенных процессов, обусловивших формирование окончательного минералогического состава кимберлитов [2].
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы благодарят сотрудников ИГАБМ СО РАН Тронину Т.Ф. и Васильеву Т.И. за помощь в проведении рентгенографического анализа образцов, Галенчикову Л.Т. - за выполнение химических анализов, Попову С.К. - за исследование образцов на сканирующем электронном микроскопе.
Литература
1. Заякина, Н.В., Олейников, О. Б., Васильева, Т. И., Опарин, Н. А. Колингит - редкий магнезиально-железистый водный карбонат из кимберлитовой брекчии трубки Манчары» (Центральная Якутия, Россия) // Записки РМО. - 2014. - № 6. - C. 100 -107.
2. Опарин, Н. А., Олейников, О.Б., Заякина, Н.В. Особенности состава кимберлитов Хомпу-Майского поля по результатам полуколичественного рентгенофазового анализа // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России : материалы Всероссийской научно-практической конференции, 1-3 апреля 2014 г. - Якутск : Изд-во СВФУ, 2014. - С. 341-345.
3. Смелов, А. П., Андреев, А. П., Алтухова, З. А., Бабушкина, С. А., Бекренев, К. А., Зайцев, А. И., Избеков, Э. Д., Королева, О.В., Мишнин, В.М., Округин, А.В., Сурнин, А. А. Кимберлиты трубки Манчары: новое кимберлитовое поле Центральной Якутии // Геол. и геофиз. - 2010. - № 1. - С. 153-159.
References
1. Zajakina, N.V., Olejjnikov, O. B., Vasil'eva, T. I., Oparin, N. A. Kolingit - redkijj magnezial'no-zhelezistyjj vodnyjj karbonat iz kimberlitovojj brekchii trubki «Manchary» (Central'naja Jakutija, Rossija) // Zapiski RMO. - 2014. - № 6. - C. 100 -107.
2. Oparin, N. A., Olejjnikov, O.B., Zajakina, N.V. Osobennosti sostava kimberlitov Khompu-Majjskogo polja po rezul'tatam polukolichestvennogo rentgenofazovogo analiza // Geologija i mineral'no-syr'evye resursy Severo-Vostoka Rossii: materialy Vserossijjskojj nauchno-prakticheskojj konferencii, 1-3 aprelja 2014 g. - Jakutsk : Izd-vo SVFU, 2014. -S. 341-345.
3. Smelov, A. P., Andreev, A. P., Altukhova, Z. A., Babushkina, S. A., Bekrenev, K. A., Zajjcev, A. I., Izbekov, Eh. D., Koroleva, O.V., Mishnin, V.M., Okrugin, A.V., Surnin, A. A. Kimberlity trubki Manchary: novoe kimberlitovoe pole central'nojj Jakutii // Geol. i geofiz. - 2010. - № 1. -S. 153-159.
