CC BY
263
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2008 Геология Вып. 10 (26)
УДК 553.8: 552.333.5
Петрохимия и минералогия щелочно-ультраосновных магматитов на территории Архангельской алмазоносной провинции и модели их формирования
К.В. Гаранин, В.К. Гаранин, [Г-П. Кудрявцева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы. E-mail: [email protected]
Выделены 2 типа кимберлитов по алмазоносности и составу акцессорных минералов: ильменитовые и хромшпнелевые, проанализированы их петрохимические и геохимические параметры, типоморфные особенности алмазов и их минералов-спутников. Описаны ксенолиты глубинных пород. Приведена обобщенная модель формирования диатремы на территории Зимнебережного района Архангельской алмазоносной провинции.
Ключевые слова: алмаз, алмазоносные породы, Архангельская провинция, модель породо-образования.
1. Минеральный состав и петрохимические особенности пород
1.1. Типизация пород
В Архангельской алмазоносной провинции (ААП) выделяются два основных типа кимберлитов, различающиеся по особенностям минералов тяжелой фракции, связующей массы кимберлитов и ксенолитов глубинных пород, а также по морфологии и содержанию алмазов.
Для кимберлитов типа I, слагающих месторождение им. В. Гриба, а также распространенных в Кепинском поле, характерно присутствие ильменита, хромшпинелидов, перов-скита и рутила в базисе пород. Концентрация минералов тяжелой фракции в них значительно выше, чем в кимберлитамх типа II. Среди минералов-спутников алмаза преобладают пикроильменит, пироп, хромдиопсид при меньшей доле хромшпинелидов. Широко распространены ксенолиты крупнозернистых перидотитов, отмечено большое количество эклогитовых и перидотитовых включений с порфиробластовой структурой.
Кимберлиты типа II представлены в основном в трубках месторождения им. М.В. Ломо-
носова и других трубках Золотицкого поля, а также в слабо- и неалмазоносных трубках Шочинского и Ключевского кустов Кепин-ского поля. Особенности таких кимберлитов -преобладание в тяжелой фракции хромшпи-нелидов над другими оксидными фазами, а также очень низкая концентрация минералов тяжелой фракции кимберлитов, в том числе типичных минералов-спутников алмаза - граната и хромдиопсида, отсутствие пикроиль-менита, а также ксенолитов эклогитов и перидотитов с порфиробластовыми структурами. В связующей массе пород трубок Золотицко-го поля преобладают хромшпинелиды, пик-роильменит и ильменит отсутствуют. Сходные различия в минеральном составе прослеживаются и при сопоставлении убогоалмазоносных кимберлитов, например, трубок Ан-734, Солоха (тип I) и Шоча (тип II) Кепинско-го поля.
Оливиновые мелилититы провинции сложены следующими породообразующими минералами: оливином, мелилитом и клинопи-роксеном. Среди акцессорных минералов кроме микрокристаллических оксидов присутствует и нефелин. В связующей массе этих пород заметно ниже чем в кимберлитах содержание хромшпинелидов при преобладании магнетита и титаномагнетита. Флогопит при-
© К.В. Гаранин, В.К. Гаранин, Г.П. Кудрявцева, 2008
32
сутствует в виде фенокристаллов и мелких редких чешуек в некоторых разновидностях данного типа пород. Выделяют три основные разновидности оливиновых мелилититов: 1 -беспироксеновые; 2 - оливин-пироксеновые; 3 - оливин-флогопитовые [3]. В трубках оли-виновых мелилититов провинции отмечено сосуществование различных минеральных типов этих пород в одном магматическом теле.
Выполненные исследования, а также обобщение литературных данных [3, 5, 6, 7, 8] позволили установить минеральный состав рассматриваемых магматитов и на основе проведенных петрографического, петрохими-ческого и геохимического анализов определить минеральные особенности двух основных минеральных типов промышленноалмазоносных кимберлитов: кимберлитов типа I (трубка им. В. Гриба) и типа II (трубки месторождения им. М.В. Ломоносова). Следует отметить близость этих двух типов пород по изотопно-геохимическим характеристикам и существенное различие в минеральном составе. Изученные породы убогоалмазоносных тел Кепинского поля - Шоча, Ан-734 и Соло-ха - могут быть отнесены к неалмазоносным кимберлитам минеральных типов II (Шоча) и
I (Ан-734, Солоха). Породы диатрем Суксома (Кепинское поле), Верхотина (Верхотинское поле) и Чидвия (Ижмозерское поле) обогащены литокластами мелилитита и могут быть признаны оливиновыми мелилититами. Породы силлов р. Мела определены нами как карбонатизированные кимберлиты. Минеральный состав трубок и силлов щелочных-ультраосновных пород ААП приведен в табл. 1.
1.2. Петрохимия
Породы щелочно-ультраосновных магма-титов различаются по петрохимическим свойствам (табл. 2, рис. 1). Их химический состав достаточно широко варьирует даже в пределах одной трубки, что свидетельствует о пет-рохимической неоднородности различных текстурных типов пород, выполняющих трубку. Особенности химического состава различных текстурных типов пород отражают степень контаминированности материалом вмещающих пород (преимущественно песчаников вендского возраста). Химический состав туфо- и ксенотуфобрекчий менее однороден в
отличие от состава автолитов и кимберлитов и зависит от содержания в них ксеногенного материала. Последовательность текстурных типов пород, построенная исходя из объема ксеногенного материала вмещающих пород, характеризуется последовательным снижением в породах содержания SiO2 и повышением содержания MgO: кратерная фация - туфо-песчаники и туфоалевролиты, туффиты, туфы; жерловая - ксенотуфобрекчии, туфобре-чии, автолитовые брекчии; гипабиссальная -макрокристаллические и афанитовые породы (существенных различий не отмечено). По этой причине детальное исследование петро-химических и геохимических особенностей магматических пород провинции базировалось в основном на изучении автолитовых брекчий, выполняющих жерловую фацию ди-атрем, а также пород гипабиссальной фации, в последнем случае - методом традиционного химического и флуоресцентного анализов. При этом использовались и опубликованные данные [4, 6, 7, 8].
Промышленно-алмазоносные кимберлиты трубок месторождения им. М.В. Ломоносова по сравнению с кимберлитами трубки им. В. Гриба обладают пониженным содержанием MgO (до 28,18 мас.%), FeO (до 1,83 мас.%), повышенными содержаниями А1^3 (от 2,66 до 4,61 мас.% для отдельных трубок), Fe2Oз (4,69 - 9,16 мас.%), FeOsum и СаО, ^, Na2O среди породообразующих оксидов. От убогоалмазоносных кимберлитов Кепинского поля они отличаются более высокой магнезиально-стью, несколько повышенными содержаниями №20 и пониженными ТЮ2, Fe2O3, FeOsum. По сравнению с изученными оливиновыми мели-лититами кимберлиты месторождения им. М.В. Ломоносова имеют пониженные содержания А1^3 и щелочей, а также повышенные
- MgO. Для химического состава кимберлитов Золотицкого поля характерно преобладание среди летучих компонентов Н20, тогда как в составе кимберлитов других полей велика также доля СО2. Породы трубок месторождения им. Ломоносова различаются, но незначительно. Судя по приведенным данным
о составе пород, несколько выделяется автолит из трубки Поморская, однако достоверное определение характерных петрохимических особенностей пород этой диатремы возможно при проведении большего числа измерений.
Таблица 1. Минеральный состав трубок и силлов щелочных ультраосновных пород ААП
Магма- тиче- ское поле Объект Форма зале- гания Вид горной породы Типичные текстурные типы пород Типоморфные минералы
Золо- тицкое Архангельская им. Карпинского-1 им. Карпинского-2 им. Ломоносова Пионерская Поморская трубка Кимберлит, тип II Массивный порфировый макрокристаллический кимберлит (корневые части трубок), автолитовая и литокристаллокластиче-ская брекчия (жерла трубок) Ol-I (>20 об.%), Ol-II, Phl, Spl, Prv, ±Cal, ±Mel
Верхо- тинское им. В. Гриба трубка Кимберлит, тип I Массивный порфировый кимберлит (корневая часть трубки), литокри-сталлокластическая и ав-толитровая брекчия (жерло трубки) ОІ-I (30-50%), ОІ-II, Phl, Grt, Ilm, Spl, Crd, Cal
Верхотина трубка 01-ры- мелилитит Порфировидный флогопи-товый оливиновый мели-литит Ol-I (<10 %), Ol-II, Mel, Phl, Spl
Кепин- ское поле Шоча трубка Кимберлит, тип II Массивный порфировый кимберлит, автолитовая и литокристаллокластиче-ская брекчия (жерло трубки) Ol-I (<20 об. %), Ol-II, Phl, Spl, Crd, Grt
Аномалия-734 трубка Кимберлит, тип I Массивный порфировый кимберлит Ol-I (<10 об. %), Ol-II (30-40%), Сpx, Phl, Spl, Prv, Cal, Ilm, Rt
Солоха трубка Кимберлит, тип I Литокристаллокластиче-ская брекчия Ol-I (<10, об. %), Ol-II, Phl, Grt, Ilm, ±Rt
Суксома трубка 01- мелилитит Массивный порфировый афанитовый оливиновый мелилит и литокристаллическая брекчия (кратерная часть трубки) Ol-I (20-30%), Ol-II, Mel, Cal
Ижмо- зерское Чидвия трубка 01- мелилитит Массивный автолитовый оливиновый мелилитит Ol-I (<10% об. %), Ol-II (30-35 об.%), Mel, Spl, Ne ±Cpx, ± Phl
Мель- ское Силл р. Мела силл Карбонати-зированный кимберлит, тип II Массивный афанитовый карбонатизированный кимберлит Ol-II, Cal, Phl, Ba
Примечание. Принятые сокращения минеральных видов: Ol - оливин, Phl - флогопит, Spl - шпинелиды, Prv - перовскит, Ilm - ильменит, пикроильменит, Rt - рутил, Px - пироксен, Cpx - клинопироксен, Mel -мелилит, Plg - плагиоклаз, Cal - кальцит, Ne - нефелин, Grt - гранат, Crd - хромдиопсид, Ba - барит
Таблица 2. Содержание породообразующих оксидов в породах ААП, %
Объект Тип поро Р0- ды N 8102 ТІО2 АІ2О3 Fe20з Fe0 1^0 СаО ^2 О К2О Feсум Сум ма
Архан- гель- ская АК 117 48,93 0,67 4,08 4,69 1,83 24,00 3,90 1,79 0,68 6,53 90,58
Им. Карпин пин- ского-1 АК 131 44,91 0,71 3,58 5,00 1,79 27,11 3,48 0,91 1,14 6,89 88,65
Им. Карпин пин- ского-2 АК 172 44,52 0,69 3,65 5,16 1,53 26,80 3,83 0,83 0,69 6,68 87,70
Им. Ломо- носова АК 390 44,99 0,55 3,32 4,90 1,82 28,18 3,46 0,93 0,42 6,72 88,58
Пио- нерская АК, ПК 37 42,65 0,70 2,66 5,31 1,62 27,86 5,53 0,49 0,59 6,75 87,23
Помор- ская АвК 1 41,65 1,00 4,61 9,16 0,21 18,65 9,40 1,09 0,98 9,37 86,75
Им. В. Гриба ПК 56 42,51 0,89 2,12 1,02 3,10 32,00 2,02 0,34 0,37 4,13 84,38
Шоча ПК 13 19,45 1,43 2,29 5,17 0,96 22,81 17,47 0,27 0,57 6,06 70,35
Ан-734 ПК 4 25,28 2,35 2,16 7,56 1,46 24,10 12,23 0,16 0,37 9,02 75,68
Солоха АвК 2 50,35 3,40 5,48 9,96 1,72 15,74 3,35 0,48 1,18 10,82 90,78
Суксо- ма АО М 46 47,40 0,59 6,10 6,36 1,74 18,55 6,62 1,83 0,69 7,98 89,76
Верхо- тина АвО М 10 38,08 0,96 5,61 7,56 0,68 20,12 9,88 1,00 1,12 8,23 85,00
Чидвия АО М 24 50,04 0,80 6,38 4,97 2,44 18,03 5,40 2,77 1,99 7,20 92,61
Силлы р. Мела АФ 44 15,27 0,83 3,08 5,59 1,07 1,32 33,00 0,23 0,33 6,65 60,71
Примечание: N - количество анализов; АК - автолитовый кимберлит; АвК - автолит из кимберлита; ПК - порфировый кимберлит; АФ - афанитовый кимберлит; АвОМ - автолит из оливинового мели-литита; АОМ - автолитовый оливиновый мелилитит
К настоящему времени опубликованные данные по петрохимии пород относятся прежде всего к составу ксенотуфобрекчии, слагающей трубку. Несколько пониженные содержания К20 относительно содержаний №20 в автолитовых брекчиях трубок Архангельская, им. Карпинского-2, им. Ломоносова связаны, по-видимому, с потерей калия при автомета-соматической хлоритизации флогопита. Порфировые кимберлиты из глубоких горизонтов трубки Пионерская содержат меньшее количество А1203 по сравнению с автолитовыми
брекчиями из этой диатремы и остальными трубками месторождения им. Ломоносова и большее количество СаО, что объясняется составом вторичной минерализации в которой серпентин, сменяя сапонит на глубоких горизонтах, сосуществует с повышенными содержаниями кальцита в основной массе породы. Породы трубки им. Ломоносова содержат наименьше количество Ті02 (в среднем 0,55 мас.%). В целом трубки месторождения им. Ломоносова сходны между собой по петро-химическим характеристикам.
Рис. 1. Петрохимический состав пород из щелочно-ультраосновных магматитов Зимнего Берега. Трубки кимберлитов и оливиновых мелилититов: 1 - Архангельская, 2 - им. Карпинского-1, 3 - им. Карпинского-2, 4 - им. Ломоносова, 5 - Пионерская, 6 - Поморская, 7 - им. В. Гриба, 8 - Шоча, 9 -Ан-734, 10 - Солоха, 11 - Суксома, 12 - 402, 13 - Чидвия; 14 - силлы карбонатизированных кимберлитов р. Мела
Из всех изученных тел магматитов кимберлиты алмазоносной трубки им. В. Гриба обладают наибольшей магнезиальностью (среднее содержание МgO - 32,00 мас.%), низкой глиноземистостью (в среднем А1203 -2,12 мас.%) и щелочностью (№20, К20). Для проанализированных образцов характерно также низкое содержание Fe203 (около 1,2 мас.%) и СаО (в среднем 2,02 мас.%) Ттитан присутствуе в умеренном количестве (в среднем 0,89 мас.% ТЮ2), калий (0,03 - 1,38 мас.% К20) в целом преобладает над натрием (0,01 -
0,74 мас.% №20). От кимберлитов Золотиц-кого поля эти кимберлиты отличаются более высокой магнезиальностью и пониженной глиноземистостью, от кимберлитов Кепин-ского поля - пониженными концентрациями титана, суммарного железа, калия и повышенными - магния, от трубок оливиновых
мелилититов - более высоким содержанием MgO и низкими (почти в 3 раза) содержаниями А1203, СаО, №20, К20, Ре08Шт.
В образцах из кимберлитов Кепинского поля отмечено прежде всего повышенное содержание ТЮ2 и FeOsшm, связанное с широким распространением ильменита в составе минералов тяжелой фракции пород и рутила в связующей матрице пород, что служит косвенным признаком низкой алмазоносности этих тел. При этом в трубках Ан-734 и Солоха установлено более высокие содержания ТЮ2, Ре08Шт, чем в трубке Шоча. В кимберлитах Кепинского поля содержания
Са0>>К20>Ка20. Отметим выделяющиеся по своим значениям показатели петрохимическо-го состава пород трубки Солоха ^Ю2, А1203, Бе203, МgO, СаО) в сравнении с трубками Ан-734 и Шоча, объяснямые тем, что эта диатре-
ма сложена в основном ксенотуфобрекчией и проанализированные образцы были подвергнуты значительной контаминации. Породы трубок Ан-734 и Шоча содержат наименьшее количество кремнезема и по суммарному содержанию K2O+Na2O превосходят лишь породы силлов р. Мела. В породах этих диатрем выявлено аномально высокое содержание CaO, связанное с наличием в них обломков карбонатных пород с богатым комплексом органических остатков - микрофитофосси-лий.
Оливиновые мелилититы наиболее высокоглиноземистые (5,61-6,38 мас.% Al2O3) породы из изученных тел магматитов ААП. Они также отличаются повышенными содержаниями K2O и Na2O (1,00 - 2.77 и 0,69 - 1,99 мас.% соответственно). Породы трубки Вер-хотина весьма близки по набору главных породообразующих оксидов к промышленноалмазоносным объектам, однако они менее магнезиальны (в среднем около 20,12 мас. % MgO) и более глиноземисты (5,61 мас.% Al2O3), в том числе по сравнению с убогоалмазоносными трубками Кепинского поля. В то же время оливиновые мелилититы трубки менее титанисты (0,96 мас.% TiO2) по сравнению с кимберлитами Кепинского поля. В трубках оливиновых мелилититов, как и в убогоалмазоносных кимберлитах Кепинского поля установлено значительное превышение в составе породы Ca по сравнению с Na- и К-щелочностью. Наибольшим содержанием щелочей отличаются породы трубки Чидвия. Породы трубки Суксома наименее титанистые из всех изученных тел.
В карбонатизированных кимберлитах сил-лов р. Мелы установлено повышенное содержание СаО, связанное с преобладанием кальцита в породе, и составляющее 27-40 мас. % (в среднем 33 мас.%). Отмечено и повышенное содержание BaO в изученных образцах (до 6 кг на тонну породы). Это наименее магнезиальные породы, также содержащие минимальное для изученных магматитов количество кремнезема (15,27 мас. %). Соотношения CaO/Na2O достигают значений 150/1, а СаО/К2О - 100/1.
Принимая во внимание временную последовательность образования различных групп тел щелочных ультраосновных магматитов и установленные петрохимические особенности, можно наметить эволюционный тренд сформировавших эти породы расплавов. На
ранней стадии происходило образование неалмазоносных карбонатизированных кимберлитов (возможно, карбонатитов) с существенно Ва-Са-специализацией расплавов. В это время происходило формирование силлов р. Мела. Затем щелочно-ультраосновные расплавы, существенно обогащенные железом и титаном, приводили к образованию трубок кимберлитов и оливиновых мелилититов Ке-пинского поля (Шоча, Ан-734, Солоха). Позднее расплавы, обогащенные алюминием, привели к формированию трубок убогоалмазоносных оливиновых мелилититов (трубки Суксома и Чидвия). На следующем этапе эволюция расплавов, обедненных алюминием, предопределила выплавку дифференциата для формирования трубок месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, отнесенных к Al-Mg-серии. Трубка им. В. Гриба, породы которой отнесены к Mg-петрохимической серии пород, сформирована на следующем этапе, близко по времени к которой, вероятно, образованы и убогоалмазоносные оливиновые ме-лилититы Верхотинской группы тел.
Проведенный анализ позволил выделить пять основных петрохимических серий пород ААП: высокомагнезиальная (Mg) - кимберлиты месторождения им. В. Гриба; глиноземисто-магнезиальная (Al-Mg) - кимберлиты месторождения им. М.В. Ломоносова; титанисто-железистая (Т>Бе) - убогоалмазоносные кимберлиты Кепинского поля; глиноземистая (А1) - оливиновые мелилититы Ижмозерско-го, Кепинского и Верхотинского полей; бариево-кальциевая (Ва-Са) - породы из силлов р. Мелы.
Выделенные петрохимические серии ко-реллируются с алмазоносностью пород. Установлено снижение алмазоносности в зависимости от их принадлежности к петрохимиче-ским сериям: Mg^■Al-Mg^■Ti-Fe^■Al^■Ba-
Са. В целом установлено: 1) наибольшие содержания MgO характерны для кимберлитов, алмазоносность трубок прямо коррелирует с этим показателем; 2) наименьшие содержания СаО также в кимберлитах, это индикатор обратной корреляции с алмазоносностью; 3) высокое содержание ТЮ2 для трубок кимберлитов Кепинского поля свидетельствует о низком алмазоносном потенциале диатрем, несмотря на значительные концентрации минералов спутников алмаза в трубках Ан-734 и Солоха; 4) повышенные содержания Al203, К2О и Ка2О характерны для оливиновых ме-
лилититов; 5) наименьшие концентрации SiO2
- для кимберлитов ААП; 6) повышенное содержание СаО в породах силлов р. Мела позволяет определить их как карбонатизирован-ные кимберлиты, весьма близкие по своему составу к классическм карбонатитам.
1.3. Геохимия
Анализ геохимических особенностей ще-лочно-ультраосновных пород показал их обедненность редкими и редкоземельными элементами, а также ничтожно малое содержание сульфидов в этих породах по сравнению с породами других алмазоносных провинций Мира. Соотношение редких и редкоземельных элементов позволяет выделить высокоалмазоносные и неалмазоносные разности этих пород и отличить их от родственных им пород оливиновых мелилититов. Геохимические особенности указанных разновидностей щелочных ультраосновных магматитов корреллируются с их изотопными характеристиками [4, 7, 8, 9, 12, 14]. Обобщение опубликованных и оригинальных данных (рис. 2 -6) позволило провести геохимический анализ пород изученных объектов.
Кимберлитовые породы трубок и силлов ААП отличаются от пород других трубок северной окраины Русской плиты и Южной Африки прежде всего менее интенсивным обогащением редкими и редкоземельными элементами [4, 14], особенно № и 2г. Для них также характерны типично высокие для кимберлитов концентрации № и Сг.
Г еохимические особенности Mg-
кимберлитовых пород высокоалмазоносной трубки им. В. Гриба сближают их с кимберлитами группы I Южной Африки. По большинству геохимических параметров (умеренным содержаниям Cs, Rb, Ва, Sг, отношению 2г/КЬ) породы трубки им. В. Гриба близки к кимберлитам группы I Южной Африки и алмазоносным кимберлитам ЯАП трубок Мир и Удачная. При этом породы трубки им. В. Гриба в целом менее обогащены редкими и редкоземельными элементами по сравнению с кимберлитами группы I Южной Африки, указывая на геохимическую специфику мантийного резервуара под этой трубкой. Отметим, что по изотопным составам Nd и Sг трубка им. В. Гриба и трубки Золотицкого поля близки и занимают промежуточное положе-
ние между кимберлитами группы I и группы II Южной Африки [4].
По содержаниям Zr и Nb (см. рис. 2), по соотношениям U/Pb и Zr/Nb (см. рис. 3) кимберлиты трубки им. В. Гриба близки кимберлитам группы II Южной Африки, а по соотношениям Th/Pb и La/Nb (см. рис. 4) эти породы занимают промежуточное положение между породами групп I и II Южной Африки.
Пониженные Се/Y и Zr/Nb отношения (см. рис. 5), полученные для кимберлитов трубки им. В. Гриба, свидетельствуют, во-первых, о повышенной степени плавления источника, во-вторых, о плавлении преимущественно гранат-шпинелевых перидотитов, в-третьих, о низкой степени метасоматической проработки мантийного источника.
В Al-Mg-породах из кимберлитов месторождения им. М.В. Ломоносова отмечаются пониженные содержания TiO2, Nb, Ta, Zr, Hf и наиболее низкие содержания легких редкоземельных элементов и отношения La/Yb (30
- 75) [9], а также U и Th и несколько повышенные - Rb [9]. Они также имеют низкие отношения U/Pb и очень низкие - Zr/Nb (см. рис. 2), Ce/Y (см. рис. 5) и Th/Pb (см. рис. 4). Содержания редких земель в них также понижены. Эти особенности геохимических параметров не позволяют точно определить их в какую-либо из известных групп (I и II) Южной Африки, так как по многим из геохимических показателей они занимают особое или промежуточное положение между ними.
По многим геохимическим параметрам и минеральному составу (отсутствие пикроиль-менита и высокое содержание хромшпинели-дов) трубки месторождения им. М.В. Ломоносова схожи с высокоалмазоносной трубкой Якутской алмазоносной провинции - Нюр-бинской [12]. Вероятно, мантийные источники этих тел были значительно обеднены Zr, Nb и Ti, что свидетельствует о низкой степени метасоматической проработки мантийных источников кимберлитовых расплавов. Кроме того, указанные источники были максимально истощены Th, U, REE и располагались в низах субконтинентальной литосферной мантии. При этом породы относительно обогащены Ва (200 - 1000 ppm), что некоторые исследователи связывают с вовлечением в мантийный источник океанических пелагических осадков [15]. Как следует из рис. 6, кимберлиты месторождения им. М.В. Ломоносова имеют по-
ниженные Се^ и повышенные 2г/№ отношения, близкие к породам океанических
Рис. 2. Положение кимберлитов месторождений Архангельской алмазоносной провинции на диаграмме Zr - ЫЬ по [12]. Условные обозначения: 1 - Мало-Ботуобинский р-н, 2 - р-н Вава (Канада), 3
- Харамайское поле, 4 - Верхне-Куонамское поле, 5 - Куонамский р-н, 6 - Алакит-Мархинское поле, 7
- Накынское поле, 8 - Верхне-Мунский р-н, 9 - Далдынское поле, 10 - Нижне-Оленекский р-н, 11 -Верхотинское поле ААП (месторождение им. В. Гриба), 12 - Золотицкое поле ААП (месторождение им. М.В. Ломоносова), 13 - трубка Шоча, 14 - трубка Ан-734, 15 - трубка Солоха, 16 - трубка Сук-сома
Рис. 3. Диаграмма и/РЬ - Zr/Nb для кимберлитов и родственных им пород с использованием опубликованных данных [12]. Условные обозначения: 1 - кимберлиты Восточной Финляндии, 2 - щелочно-ультраосновные магматиты среднего Тимана, 3 - кимберлиты месторождения им. М.В. Ломоносова, 4 - кимберлиты месторождения им. В. Гриба, 5 - кимберлиты Кепинского поля, 6 - оливиновые мелилититы Зимнего Берега
Рис. 4. Диаграмма П/РЬ - La/Nb для кимберлитов и родственных им пород севера ВосточноЕвропейской платформы с использованием опубликованных данных [12]. Условные обозначения: 1 -кимберлиты Восточной Финляндии, 2 - щелочно-ультраосновные магматиты среднего Тимана, 3 -щелочно-ультраосновные магматиты Терского Берега, 4 - щелочно-ультраосновные магматиты Кандалакши, 5 - кимберлиты месторождения им. М.В. Ломоносова, 6 - кимберлиты месторождения им. В. Гриба, 7 - кимберлиты Кепинского поля, 8 - оливиновые мелилититы Зимнего Берега
Рис. 5. Диаграмма Сe/Y - Zr/Nb для кимберлитов и родственных им пород севера ВосточноЕвропейской платформы с использованием опубликованных данных [12]. Условные обозначения см. на рис. 2
Рис. 6. Изотопный состав кимберлитов и родственных им пород севера Восточно-Европейской платформы на диаграмме sNd, - eSr,■ с использованием опубликованных данных [12]. Условные обозначения см. на рис. 4
островодужных базальтов (OIB), что указывает на повышенную степень плавления верхнемантийных пород источника алмазоносных трубок Золотицкого поля ААП.Известно, что вариации Ce/Y отношения могут отражать особенности минерального состава пород источника: увеличение содержания граната в источнике способствует более высоким значениям этого отношения, так как Y «комфортно» чувствует себя в структуре граната. Следовательно, мантийный источник кимберлитов месторождения им. М.В. Ломоносова был относительно обеднен гранатом, возможно, им были гранат-хромшпинелевые перидотиты. Действительно, в тяжелой фракции кимберлитов Золотицкого поля наиболее распространен хромшпинелид, который встречается и в качестве включений в алмазе. Точно такая же закономерность установлена и для трубки Нюрбинская [13].
Кимберлиты Золотицкого поля имеют низкие изотопные отношения Nd (s Nd = -4,2 ^-5,4, (см. рис. 6) и наименее радиогенный среди кимберлитов изотопный состав свинца. По изотопным характеристикам они относятся к мантийному источнику EMI (древняя обогащенная легкими редкими землями и бедная рубидием относительно стронция ли-
тосферная мантия с низкими значениями отношений 87Sr/86Sr). Образование этих кимберлитов происходило при частичном плавлении литосферной мантии соровождаемом привно-сом более глубинного вещества с изотопным составом астеносферных расплавов. Все это происходило незадолго до выплавлениея магмы. В этом процессе предполагается участие и нижнекоровых пород, имеющих изотопный состав Sr и Nd, подобный ультрамафитам ААП. Они могли попасть в мантию в результате субдукции или эрозии коры предположительно в раннепротерозойское время [9].
Повышенные значения отношений Ba/Th, Ba/Nb, Rb/Nb, Ba/La в породах трубки им. В. Гриба и высокие - в породах трубок месторождения им. М.В. Ломоносова указывают на их, возможно, геохимически одинаковый мантийный источник в слабо обогащенной лито-сферной мантии (EMI тип), сформировавший, тем не менее, два различных минеральных типа алмазоносных кимберлитов, что отражает сложный неоднородный состав разреза мантийных пород.
Изученные породы из магматитов Кепин-ского поля представляют собой тела с различной алмазоносностью, но в основном убогоалмазоносные и неалмазоносные, хотя перспектива этого поля (особенно западной его части) на открытие новых месторождений алмаза оценивается многими геологами достаточно высоко [8]. В составе Кепинского поля
присутствуют тела кимберлитов, относящиеся как к минеральному типу I (Соянский куст и часть Пачугского), так и к минеральному типу
II (Шочинский и Ключевской кусты), а также трубки оливиновых мелилититов, различающиеся, как было показано в предыдущих разделах, по петрохимическим особенностям.
Согласно литературным данным [4, 7, 14], тела Кепинского поля имеют высокие содержания ТЮ2, № и повышенные - Та. Им присущи повышенные по сравнению с породами вышеупомянутых алмазных месторождений ААП содержания легких редкоземельных элементов. Они характеризуются относительно высокими значениями отношения La/Yb. В целом они имеют и высокие значения отношения № (е № = +1,2^+3,0, см. рис. 6). По этим отношениям кимберлиты Кепинского поля близки к кимберлитам группы I Южной Африки. Они также обладают и повышенными изотопными отношениями свинца.
На диаграмме №-2г (см. рис. 2) видно, что независимо от минерального типа того или иного тела (трубка Шоча - тип II, трубка 734 - тип I) фигуративные точки содержаний этих элементов лежат в области, оконтуренной для группы I Южной Африки, и совпадают с областями фигуративных точек содержаний этих элементов в трубках Далдыно-Алакитского и Верхне-Мунского полей Якутской алмазоносной провинции, большинство из которых относится к минеральному типу I. При этом породы из изученных тел Кепинско-го поля по повышенному содержанию № и 2г отличаются от пород месторождений им. М.В. Ломоносова и В. Гриба, в которых содержание этих элементов почти в 2 раза меньше.
Судя по диаграмме Се^ - Zr /ЫЪ (см. рис. 5) фигуративные точки значений этих отношений независимо от минерального типа рассматриваемого тела Кепинского поля образуют локальное поле в области, выделенной для кимберлитов Якутии и группы I Южной Африки с низкими отношениями Zr/Nb (<2) и повышенными отношениями Се^ (10 - 30). При этом трубки месторождения им. М.В. Ломоносова резко выделяются по отношениям Zr/Nb (>2) и Се^ (<5), а для трубки им. В. Гриба эти отношения составляют - Zr/Nb около 1, Се^ - 6 - 8. Это указывает на низкие степени плавления мантийных пород и показывает, что в область генерации кимберлито-вых расплавов были вовлечены в большей
степени гранатсодержащие лерцолиты, которые в разрезе мантийных пород под Кепин-ским полем преобладают. Последнее подтверждается высокой долей гранатов лерцо-литового парагенезиса в кимберлитовом концентрате многих трубок поля [8].
Породы тел Кепинского поля имеют повышенные концентрации ТЬ, и, Та, 8е и пониженные значения отношений Ва/ТЬ, ЯЬ/И, что существенно отличает их от алмазоносных кимберлитов месторождения им. М.В. Ломоносова. Породы трубки им. В. Гриба по концентрациям ТЬ, И, Та, 8е и значениям отношений Ва/ТЬ, ЯЬ/И, занимают промежуточное положение между телами этих двух полей.
Согласно модели [19] деплетированный (истощенный) источник кимберлитов группы
I Южной Африки находится в астеносферной мантии с конвекционными потоками, а их обогащенность редкими элементами связана с обогащением мантии непосредственно перед выплавлением кимберлитовых расплавов. Отметим, что для кимберлитовых расплавов Кепинского поля существует другой резервуар, хотя пространственно поле расположено на не столь значительном расстоянии от алмазоносных тел Верхотинского и Золотицкого полей, в отличие от кимберлитов групп I и II Южной Африки, которые находятся в разных частях Каапвальского кратона и к тому же различаются по возрасту.
Таким образом, разнообразие источников кимберлитовых расплавов ААП зависит от различий в степени взаимодействия астено-сферного плюма и метасоматически обогащенной литосферной мантии.
Рассмотрим геохимические характеристики оливиновых мелилититов трубки Суксома. Для них характерно очень низкое содержание ЯЬ, Ва, Та, №, 2г, И и в целом редких земель. По пониженным значениям содержаний №, 2г, И, Се, ТЬ породы этой трубки близки к породам алмазоносного Золотицкого поля. В тяжелой фракции трубки преобладают исключительно хромшпинелиды при отсутствии пиропов. Схожая особенность отмечена у магматитов Золотицкого поля, в тяжелой фракции которых хромшпинелиды преобладают над пиропом. Таким образом, область генерации расплавов этой трубки лежит в зоне шпинелевых перидотитов, т.е. выше по разрезу литосферной мантии, отсюда и такое
своеобразие значений содержаний редких и редкоземельных элементов.
Геохимические характеристики карбона-тизированных кимберлитов силлов р. Мела приведены в работе А. Бэарда с соавторами [14]. Эти породы по геохимическим параметрам существенно отличаются от кимберлитов региона. Прежде всего для них характерны пониженные значения содержаний Сг и N1, высокие - 8г и Ва и повышенные - Zr и ЫЪ. Они сильно обогащены легкими редкими землями и имеют низкие содержания N К и Т1. Судя по расположению фигуративных точек, отвечающих изотопным отношениям Nd и 8г, породы на диаграмме располагаются вблизи кимберлитов Золотицкого поля, а по повышенному содержанию радиогенного свинца породы силлов р. Мела подобны ТьБе-кимберлитам Кепинского поля. По отношению Nd они резко отличаются от карбонати-тов Кольского полуострова. Вероятно, мантийный источник силлов был смешанным: астеносферные кимберлитовые расплавы, в значительной мере смешанные с океаническими пелагическими осадками (высокие значения содержаний 8г и Ва), активно внедрялись в сильно метасоматизированной мантийный источник. При этом мантийный источник кимберлитов силлов р. Мела был сильно кар-бонатизирован и обогащен редкими землями.
Таким образом, рассмотренные геохимические характеристики пород свидетельствуют о геохимической неоднородности мантийных источников кимберлитов и родственных им тел ААП, несмотря на близкое расположения тел относительно друг друга. При этом алмазные месторождения ААП, хотя и существенно различаютс по минеральному составу слагающих их кимберлитовых пород имеют, вероятно, один источник типа ЕМ!
2. Типоморфные особенности алмаза, его минералов-спутников и ксенолитов глубинных пород
2.1. Минералогическая характеристика
Особенности морфологии, состава и физических свойств минералов тяжелой фракции (в том числе алмаза) кимберлитов и родственных им щелочно-ультраосновных пород ААП
- важнейший поисковый и оценочный инструмент для данного типа пород на территории этой провинции.
Каждая трубка имеет специфические (ти-поморфные) признаки, определяемые различными условиями формирования кимберлито-вых тел [10]. К таким признакам относятся характер распределения различных морфологических (габитусных) типов и специфика микротопографии поверхности алмаза, особенности внутреннего строения кристаллов и их физических свойств (катодо-, рентгено- и фотолюминесценция, фотоэлектрические свойства, характер парамагнитных центров, азотных дефектов, окраска, прозрачность).
Установлено закономерное снижение ал-мазоносности тел (от промышленной до убогой) при переходе от месторождения им. В. Гриба к месторождению им. М.В. Ломоносова Золотицкого поля, затем - к Кепинскому и Верхотинскому полям, сопровождающееся закономерными изменениями размеров (значительным уменьшением их), морфологии (увеличение количества додекаэдроидов и сростков октаэдроидов) и свойств алмаза (его пластическая деформация, снижение качества). Алмаз из всех тел Архангельской провинции отличается от алмазов других кимберли-товых провинций мира повсеместным развитием скульптур окислительного растворения, что указывает на длительность пребывания алмаза в агрессивном водно-силикатном флюиде, приведшую к аномально высокому содержанию додекаэдроидов во всех трубках провинции.
Отличительная особенность кристаллов алмаза Архангельской провинции - низкое содержание минеральных включений в них и отсутствие или ничтожно малое содержание среди диагностированных включений сульфидов, что обусловлено, по-видимому, более ранней ликвацией сульфидных расплавов и их обособлением до образования расплавов, приведших к формированию кимберлитов и родственных им пород. Отмеченные различия свидетельствуют об особенных условях кристаллизации и сохранения алмазов в кимберлитах Архангельской алмазоносной провинции.
Изучение морфологии и физических свойств кристаллов алмаза позволяет достоверно позиционировать изученные тела маг-матитов на территории ААП. Так, в соответствии с точкой зрения С. Хаггерти [17] трубка им. В. Гриба, обладающая наибольшей долей октаэдров в общей массе кристаллов алмаза, должна принадлежать центральной части
провинции. Трубки месторождения им. М.В. Ломоносова, в породах которых преобладают кристаллы додэкаэдрического габитуса, образуют следующий пояс тел магматитов. Установленные косвенные данные о глубине источника магматизма (состав ксенолитов глубинных пород, степень сохранности кристаллов алмаза, преимущественное распространение их морфологических форм) подтверждают эту точку зрения. Трубки убогоалмазоносных кимберлитов Кепинского поля по принятой гипотезе должны обладать еще менее глубинным источником магматической активности по сравнению с промышленноалмазоносными трубками. Оливиновые мели-лититы принадлежат к краевым частям крато-на и в составе слагающих их пород выявлены единичные находки алмаза. Отметим, что данная точка зрения согласуется с данными исследований Н.Н. Головина [8], которым проведено оригинальное районирование территории ААП с выделением новых полей на ее территории. В его работе в большей степени учитываются особенности тектонического, геолого-структурного строения района, а также материалы сейсмо-, грави- и магниторазведки региона. Она, несомненно, является базой для дальнейшего изучения провинции, поисков и прогнозирования новых месторождений алмаза на ее территории и на всем Северо-Западе России. Исходя из положения недавно (6 января 2005 г.) открытой геологами компании «АЛРОСА-Поморье» трубки, приуроченной к Шочинскому кусту Кепин-ского поля, можно прогнозировать наличие в ней кимберлитов типа II, поскольку этот куст по новой схеме районирования ААП [8] принадлежит к Золотицкому полю.
Содержание минералов тяжелой фракции (гранат, хромшпинелид, ильменит) в промышленно-алмазоносных телах Зимнего Берега кореллируется с алмазоносностью, однако эта закономерность не установлена для трубок убогоалмазоносных кимберлитов Ке-пинского поля (Ан-734, Солоха), из которых выход тяжелой фракции высок, но алмазонос-ность крайне низкая. Это связано с тем, что в названных диатремах отмечается высокая степень растворения алмаза и его минералов-спутников (особенно в трубке Ан-734), что, вероятно, обусловлено «вялой» динамикой внедрения и становления кимберлитового расплава. Изложенным объясняется их невысокая алмазоносность, хотя в соответствии с
вышеупомянутой концепцией С. Хаггерти она должна быть достаточно высокой. Проведенный анализ химизма минералов позволил установить характерные особенности минералов тяжелой фракции, выявить взаимосвязь их морфологии и состава с алмазоносностью тел.
2.2. Ксенолиты глубинных пород
Исследование ксенолитов глубинных пород из рассматриваемых объектов Зимнего Берега позволило установить их важнейшие разновидности и выделить особенности их распределения в породах изученных тел.
Для ААП характерен перидотитовый (ультраосновной) и эклогитовый (основной) парагенезис минералов тяжелой фракции при существенном преобладании первого. Такая же закономерность отмечается для минеральных включений в алмазе и ксенолитов глубинных пород. Изученные ксенолиты мантийных пород, несомненно, указывают на глубинность очага кимберлитового расплава.
В трубке им. В. Гриба и трубках месторождения им. М.В. Ломоносова установлено преобладание перидотитов в составе мантийных пород, что, вероятно, свидетельствует о большой глубине очага зарождения магмы, по сравнению с магмой трубок других полей (в частности, Кепинского). Отличие ксенолитов трубки им. В. Гриба заключается в присутствии метасоматизированных глубинных перидотитов и пироксенитов, с которыми и связано распространение ильменита в этой трубке и его отсутствие во всех телах месторождения им. М.В. Ломоносова. Тем не менее следует отметить существенно меньшую роль процессов мантийного метасоматоза в телах ААП в сравнении с их ролью во многих трубках Якутской и Южно-Африканской кимберлито-вых провинций. Этим, по-видимому, объясняется отсутствие в кимберлитах ААП калийсо-держпщих сульфидов (джерфишерита) и амфибола (рихтерита). Еще одно важное отличие ксенолитов из пород двух рассматриваемых месторождений - отсутствие катаклази-рованных перидотитов (в том числе и ильме-нитовых) в кимберлитах месторождения им. М.В. Ломоносова и их широкое развитие в породах трубки им. В. Гриба. В трубках Золо-тицкого поля не обнаружены ксенолиты глиноземистых и корундовых эклогитов, происхождение которых обычно связывается с суб-дукционными процессами [16], а также грос-
пидитов, но установлены гранулиты и эклоги-топодобные породы из нижней части разреза коровых пород. Следует еще раз отметить значительное преобладание в трубках Золо-тицкого поля ксенолитов ультраосновных пород над эклогитами.
На основе особенностей химизма граната
- сквозного минерала ксенолитов мантийных пород - установлено соотношение их глубинных ультраосновных и эклогитовых парагенезисов в различных телах. Обнаружено значительное преобладание гранатов перидотито-вого (ультрабазитового) парагенезиса над гранатами эклогитового парагенезиса во всех трубках, что свидетельствует об ультраосновном мантийном субстрате трубок ААП и малой распространенности в нем эклогитовых пород. При этом среди эклогитов трубки им.
В. Гриба не установлены ксенолиты глиноземистых (за исключением единичных находок) и кальциевых пород (обнаружены только магнезиально-железистые эклогиты), присутствующие в трубках месторождения им. М.В. Ломоносова, что коррелирует с петрохимиче-скими особенностями собственно кимберли-товых пород месторождений им. В. Гриба и им. М.В. Ломоносова. Как показано ранее, кимберлиты трубки им. В. Гриба относятся к магнезиальной серии пород, а трубок месторождения им. М.В. Ломоносова - к глиноземисто-магнезиальной.
Для мантийных пород были рассчитаны РТ-условия формирования по гранат-клинопироксеновому парагенезису с учетом согласованной системы термометров и барометров [11]. В результате были получены следующие данные для гранат-ильменитовых перидотитов: Т от 1050 до 1150°С, Р от 39 до 46 кбар; пироповых перидотитов: Т от 1000 до 1250°С, Р от 38 до 49 кбар; алмазоносных ду-нитов и гарцбургитов: Т от 1050 до 1320°С, Р от 44 до 49 кбар; эклогитов: Т от 1000 до 1050°С, Р от 35 до 39 кбар. РІолученньїе данные указывают на формирование перидотитов вблизи границы перехода графит-алмаз. Минеральные ассоциации коровых (эклогитопо-добных) пород свидетельствуют об их образовании в условиях гранат-пироксен-плагиоклазовой фации метаморфизма метаба-зитов, что соответствует Т от 800 до 900°С и Р от 6 до 9 кбар.
Геохимические характеристики глубинных ксенолитов в трубках ААП, а также самих кимберлитовых пород, позволяют сделать
вывод о генерации кимберлитовых и родственных им щелочно-ультраосновных расплавов в истощенной литосферной мантии типа ЕМ 1. Результаты изучения флюидной составляющей кимберлитов свидетельствуют о повышенных содержаниях метана и различных углеводородов в алмазоносных кимберлитах, хотя в целом архангельским алмазам присущи повышенные содержания Н20 и С02 [1,2].
Процесс формирования мантийных пород представляется следующим: кристаллизация алмаза и пород алмазной ассоциации (начальная стадия), затем - неалмазоносных перидотитов, пироксенитов и эклогитов (более поздняя стадия), а также пород пегматоидного типа, представленных мегакристаллами и ксенолитами метасоматизированных перидотитов и пироксенитов (еще более поздняя стадия) и, наконец, завершающая стадия мантийного метасоматоза (самая поздняя) - формирование флогопитовых и флогопит-пироксеновых пород. Сходство изотопногеохимических параметров и минералого-петрохимические отличия кимберлитов месторождений алмазов им. В. Гриба и им. М.В. Ломоносова могут быть объяснены образованием их в сходной геолого-тектонической и изотопно-геохимической обстановке в процессе взаимодействия протокимберлитовых расплавов с различными участками гетерогенной и в разной степени метасоматизиро-ванной субконтинентальной литосферы. Эти особенности - характерная черта разреза верхней мантии под центральной частью Архангельской алмазоносной провинции.
Состав мантийных ксенолитов в диатре-мах Кепинского поля разнообразен. Шочин-ский куст (убогоалмазоносные тела) близок по набору и соотношению минералов тяжелой фракции при отсутствии пикроильменита, а также по другим особенностям состава минералов к трубкам Золотицкого поля, а Соян-ский и Пачугский кусты при низкой алмазо-носности - близки к трубке им. В. Гриба. По трубке Шоча исследование ксенолитов мантийных пород не проводилось, но, судя по выявленным особенностм состава минералов, можно заключить, что в этой части мантии широко представлены катаклазированные породы, так как среди гранатов и хромшпинели-дов отмечается высокий процент минералов из катаклазированных перидотитов и гранат-клинопироксен-хромшпинелевых сростков. В
трубке Солоха широко представлены гранат-шпинелевые и гранатовые перидотиты, веб-стериты и пироксениты, а также разновидности ильменитовых гипербазитов, часто катак-лазированные и флогопитизированные. Присутствуют в ней и магнезиально-железистые эклогиты, эклогитоподобные породы и грану-литы, а также мантийные породы графит-пироповой фации глубинности. Среди ксенолитов мантийных пород из трубок Кепинско-го поля за исключением трубки Ан-734 практически не представлены алмазоносные дуни-ты и гарцбургиты.
На наш взгляд в разрезе мантийных пород в направлении от трубки им. В. Гриба через трубку Ан-734 к трубке Солоха (схожей по набору минералов тяжелой фракции и их составу с трубками им. В. Гриба и Ан-734) увеличивается по мощности и активности проявлений количество ильменитовых интрузивов, а корни источников протокимберлитовых расплавов лежат выше корней протокимбер-литовых расплавов алмазоносных трубок Зо-лотицкого поля и трубки им. В. Гриба. И геохимия пород этих трубок отличается от геохимии пород алмазоносных трубок.
Источник протокимберлитовых расплавов трубки Чидвия находится еще выше по разрезу, а ксенолиты мантийных пород представлены исключительно оливинитами и шпинелевыми дунитами и перидотитами шпинель -пироксеновой фации глубинности (условия формирования: Р от 7 до 27 кбар; Т менее 1000оС).
В изученных образцах пород из трубок Суксома, Верхотина и силлов р. Мелы ксенолиты мантийных пород не были обнаружены.
Таким образом, исследованный набор ксенолитов мантийных пород, их соотношение, минеральный состав четко показывают, что источники алмазоносных кимберлитов располагаются в существенно ультраосновной части верхней мантии, представленной алмазоносными дунитами и гарцбургитами, гранатовыми и гранат-хромшпинелевыми перидотитами и лерцолитами, а убого- и неалмазоносных тел - выше по разрезу верхней мантии. При этом под слабоалмазоносными и неалмазоносными телами кимберлитов минерального типа I отмечается более сложный разрез верхней мантии за счет активного внедрения большого количества ильменитовых интрузий по сравнению с мантийным разрезом под слабоалмазоносными и неалмазонос-
ными телами минерального типа II. В этом случае в разрезе мантийных пород широко представлены катаклазированные лерцолиты вплоть до пород, представляющих собой своеобразные гранат-клинопироксен-
хромшпинелевые сростки.
Исследование ксенолитов и минералов-спутников из трубок оливиновых мелилити-тов Чидвия, Суксома и Верхотина показало, что мантийные источники магматического вещества находятся еще выше по разрезу, затрагивая в основном шпинелевые перидотиты. В результате изучения химического состава граната из силлов р. Мелы установлено, что этот минерал образован при низких температурах и давлениях, на незначительной глубине и не является разновидностью граната, характерного для кимберлитов. Гранат в силлах р. Мелы относится к серии твердых растворов андрадит-гроссуляр-альмандин. Дальнейшие исследования особенностей минерального состава пород Мельского поля позволят установить правомерность использования термина «кимберлит» для их обозначения, так как минеральный состав названных пород весьма близок к карбонатитам, которые нередко приурочены к кимберлитовым провинциям. Пространственная связь кимберлитов и карбонатитов подтверждается многочисленными находками карбонатитовых расплавов, сосуществующих с расплавными включениями кимберлитового генезиса в кристаллах алмаза [18].
3. Обобщенная модель формирования диатрем Зимнебережного района
В результате изучения геолого-
минералогических особенностей пород, слагающих тела щелочно-ультраосновных маг-матитов ААП можно предложить обобщенную модель формирования диатрем региона, состоящую из пяти основных этапов (рис. 7).
1. На первом этапе происходит формирование ослабленных зон и зон трещиноватости в земной коре в результате глубинных мантийных разломов, преимущественно в местах пересечения разломов с субширотной и северо-восточной ориентировкой. Закладывается
Рис. 7. Модель трубки щелочно-ультраосновных магматитов Зимнего Берега
система даек и силлов, предшествующая об- выброса сжатых и нагретых газов с частицами
разованию диатрем. магматического вещества. Термодинамиче-
2. На втором этапе образуются воронко- ское воздействие флюида и захваченных им
образные полости в осадочном чехле за счет твердых частиц на вмещающие породы, при-
водит к выбросу магматического материала за пределы кратера с образованием вокруг диат-ремы туфовых колец, сложенных пирокласти-ческим материалом, а воздействие ударных волн и извергаемого материала - к обрушению стенок трубообразной полости во внутрь трубки. Погружение пирокластического материала отмечается до глубины 600 м, что подтверждается обнаружением в телах трубок на этой глубине остатков флоры и фауны [6]. Отдельные глыбы пород стенок трубок образуют мощные останцы величиной в несколько десятков метров.
3. На третьем этапе в аквальной обстановке кратер заполняется вмещающими породами и породами второй фазы внедрения - туф-физитовыми брекчиями. Распространение среди пород, образующих диатрему, автоли-товых туффизитовых брекчий отвечает тем телам, для которых в наибольшей степени проявлена водная компонента. Происходит динамичное перемещение образующих тело брекчий по телу диатремы. Формируется система «плавающих рифтов» в диатремах, т. е. в тело диатремы погружаются огромные обломки вмещающих пород. Эксплозивный процесс продолжается длительное время и носит фитомагматический характер. Общий размер трубки в итоге зависит от взаимодействия системы: магматический материал -метеорные воды. Образуется кратерное озеро.
4. Четвертый этап включает в себя закупоривание диатремы вмещающими и извергавшимися породами. Имеют место отдельные инъекции пород массивных разностей в корневые части трубок, заполняющие пустоты и трещины. Диатрема приобретает окончательные границы, происходит дегазация системы и снижение ее термодинамических показателей.
Кратерное озеро постепенно замещается туфогенно-осадочным материалом, и начина-
Библиографический список
1. Бартошинский З.В. Газовые примеси в алмазах Якутии / З.В. Бартошинский, С.Н. Бекеша, Т.Г. Винниченко и др. // Минерал. сб. Львов. гос. ун-та. Львов, 1987. Вып. 1, № 41.
С. 25 - 32.
2. Бартошинский З.В. Летучие в алмазах из северной части Русской платформы / З.В. Бар-тошинский, С.Н. Бекеша, Т.Г. Винниченко и др. // Там же. Львов, 1990. Вып. 2, № 44. С. 14
- 18.
ются процессы химического выщелачивания с образованием коры выветривания.
5. На завершающем этапе формирования трубки развивается денудация кратерной части диатрем. Физико-химические условия определяют интенсивность основных процессов вторичного замещения основных минералов щелочно-ультраосновных интрузий. Повышается значение содержания SiO2 благодаря присутствию в диатреме вмещающих пород рифея. Обводнение верхних горизонтов трубок, специфические термодинамические условия способствуют замещению первичных минералов щелочно-ультраосновных интрузий серпентином, кальцитом, сапонитом, хлоритом, а также другими минералами, преимущественно группы алюмосиликатов. После своей окончательной консолидации трубки до среднего карбона находились в условиях денудации. В урзугское время, в эпоху среднекаменноугольной морской трансгрессии, они были перекрыты прибрежноморскими песчаными отложениями. Обобщающая модель трубки щелочно-ультраосновных магматитов Зимнего Берега представлена на рис. 7.
В заключение отметим, что представленные данные по минералогии, геохимии, петрологии магматитов Зимнебережного района, о структурных, морфологических, пространственных особенностях силлов и диатрем, о временных характеристиках процессов их формирования, а также о разрезах мантийных пород и глубине заложения магматических очагов являются важнейшими генетическими параметрами и поисковыми признаками, которые должны учитываться при планировании поисково-разведочных работ и эксплуатации месторождений полезных ископаемых на территории ААП.
3. Бoгamuкoв О.А. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). / О.А. Богатиков, В.К. Гаранин, В.А. Кононова, Г.П. Кудрявцева, Е.Р. Васильева, В.В. Вержак, Е.М. Веричев, KC. Парсаданян, Т.В. Посухова; под ред. О.А. Богатикова. М.: Изд-во МГУ, 1999. 524 с.
4. Бoгamuкoв О. В. Источники, геодинамическая обстановка образования и перспективы алма-зоносности кимберлитов северной окраины Русской плиты: Sr-Nd изотопия и ICP-MS геохимия / О.А. Богатиков, В.А. Кононова, В.А. Первов, Д.З. Журавлев // Петрология. 2001. № 3. C. 227 - 241.
5. Вержак В.В. Геологическое строение, вещественный состав, условия образования и методика разведки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова: автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук / В.В. Вержак. М.: МГУ,
2001. 36 с.
6. Веричев Е.М. Геологические условия образования и разведка месторождения алмазов им. В. Гриба: автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук/ Е.М. Веричев. М.: МГУ, 2002. 43 с.
7. Гаранин К.В. Щелочные ультраосновные магматиты Зимнего Берега: их потенциальная алмазоносность и перспективы промышленного освоения: автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук / К.В. Гаранин. М.: МГУ. 2004. 32 с.
8. Головин Н.Н. Геологическое строение, минеральный состав и условия образования ще-лочно-ультраосновных пород Кепинской площади (Архангельская алмазоносная провинция): автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. / Н.Н. Головин. Архангельск: Архан-гельскгеолдобыча, 2003. 31 с.
9. Кононова В.А. РЪ-Бг-№ изотопные характеристики мантийных источников калиевых ультрабазитов и базитов севера ВосточноЕвропейской платформы / В.А. Кононова, Л.К. Левский, В.А. Первов, Г.В. Овчинникова, О.А. Богатиков // Петрология, 2002. Т. 10. № 5. С. 493 - 509.
10. Кудрявцева Г.П. Морфогенез алмаза и его минералов-спутников из кимберлитов и родственных им пород Архангельской алмазоносной провинции: атлас / Г.П. Кудрявцева, Т.В. Посухова, В.В. Вержак, Е.М. Веричев, В.К. Гаранин, Н.Н. Головин, В.М. Зуев. М.: Полярный круг. 2005. 624 с.
11. Никитина Л.П. Согласованная система термометров и барометров для основных и ульт-раосновных пород и реконструкция термальных режимов в мантии по ксенолитам в кимберлитах / Л.П. Никитина // Зап. ВМО. 1993.
Ч. 122, № 5. С. 6 - 19.
12. Сepoв И.В. Минералогические и петролого-геохимические характеристики кимберлитовых и родственных им пород Якутской алмазоносной провинции (генетические и практические следствия): автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук / И.В. Cepов. М.: ВИМ^
2002. 32 с.
13. Agashev A.M. Geochemistry of kimberlites from the Nakyn field, Siberia: evidence for unique source composition I A.M. Agashev et al. II Geology. 2001. Vol. 29, № 3. P. 267 - 270.
14. Beard A.D. Geochemistry and mineralogy of kimberlites from the Arkhangelsk Region, N.W. Russia: evidence for transitional kimberlite magma types I A.D.Beard, H.Downes, Е. Hegn-er, S.M. Sablukov II Litos. 2000. Vol. 51. P. 47 -73.
15. Ben Othman D. The geochemictry of marine sediments, island arc magma genesis, and crust-mantle recycling I D. Ben Othman, W.M. White, J. Patchett II Earth and Planet. Sci. Lett. 1989. Vol. 94. P. 1 - 21.
16. Jacob D.E. Diamondiferous eclogites from Siberia: remnants of Archean oceanic crust I D.E. Jacob, E. Jagoutz, D. Lowry, D.P. Mattey, G.P. Kudriavtseva II Geochim. Cosmochim Acta. 1994. Vol. 58. P. 5191 - 5207.
17. Haggerty S.E. Diamond genesis in a multiply-constrained model I S.E. Haggerty II Nature, 198б. Vol. 320, № 6. P. 34 - 38.
18. Navon O. Fluid inclusions in diamond - the car-bonatitic connection I O. Navon, E.S. Izraeli, O. Klein-BenDavid II Program with abstracts. 8th International Kimberlite Conference. Victoria, BC, Canada. 2003. P. 4б
19. Smith C.B. Geochemical character of Southern African kimberlites: a new approach based on isotopic constraints I C.B. Smith, J.J. Gurney, E.M.W. Skinner II Trans. Geol. Soc. South Africa. 1985. Vol. 88. P. 2б7 - 280.
Petrochemistry and mineralogy of alkali-ultrabasic magmatites on the territory of Arkhangelsk diamond Province and formation models
K.V. Garanin, V.K. Garanin, G.P. Kudrjavtseva
Moscow State University. 119992, Moscow, Lenin Hill. E-mail: [email protected]
Two types of kimberlites are characterized: ilmenite and Cr-shpinelide ones. Petrographical and geochemical parameters are analyzed as well as typomorphism of diamonds and indicate minerals. The model of their formation is worked out.
Key words: diamond deposit, kimberlite, Arkhangelsk Region.
Рeцeнзeнm дoкmop гeoл.-мuнep. нayк Р.Г. Ибламинов
