CC BY
27
© А.В. Полгаеикий, 2003
УЛК 550.3
А.В. Полгаеикий
ВЗАИМОСВЯЗЬ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА И ПЕТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КИМБЕРЛИТОВЫХ БРЕКЧИЙ ТРУБКИ БОТУОБИНСКАЯ
Кимберлитовая трубка Бо-туобинская находится в пределах недавно открытого Накынского поля Средне-Мархинского алмазоносного района Якутии.
Кимберлиты верхней части рассматриваемой трубки претерпели гипергенные изменения [3]. По разрезу разведочной скважины, в интервале глубин 101-83 м, были вскрыты автолитовые ким-берлитовые брекчии (АКБ) и проведено рентгенометрическое, химическое (на элементном уровне) и петрофизическое изучение кимберлитов, отобранных с интервалом 2 м (см. табл.).
Рентгеновский анализ по методу Дебая-Шерера проводился на дифрактометре ДРОН-3 с использованием отфильтрованного СиКа- излучения в виде съемки неориентированных порошковых препаратов. Петрофизические характеристики пород, изученные по ранее разработанной методике [1], были подразделены на две группы. К первой отнесены их физико-механические параметры: плотность - а, эффективная пористость - лэф и влагоем-кость (льдистость) - V Вторую составляют магнитно-электрические свойства пород: магнитная восприимчивость -х, удельное электрическое сопротивление, определяемое в постоянном электрическом поле - ро, а также относительная диэлектрическая проницаемость в/во и коэффициент поглощения энергии радиоволн к", измеренные в переменном электрическом поле на частоте 5 МГц. Поскольку трубка Ботуобинская приурочена к зоне вечной мерзлоты, электрические свойства кимберлитов изучались на мерзлых образцах при температуре минус 4о [1]. Для изучения структурно-текстурных особенностей кимберлитов применен
метод компьютерного анализа изображения (имидж-анализ) прозрачных шлифов.
Неизмененные АКБ залегают на глубинах 101-97 м (см. табл.). Они представлены плотными мелко-среднезернистыми разновидностями кимберлитов сероватого цвета. Среднее значение а— 2,44 г/см3, лэф- 12% и Ж - 6%. Основная масса неизмененного кимберлита сложена тонко- и мелкокристаллическим серпентином и кальцитом с примесью кварца, Мд-Гв хлорита, близкого к пеннину [5, 6] Вкрапленники серпентина в кимберлите представлены псевдоморфозами по зернам оливина. Суммарное количество кварца варьирует в пределах от 3 до 30% (см. табл.). Судя по фотографиям шлифов и гистограммам распределения зерен по размерам, в породах нижней части изученного профиля (см. табл, гл. 101-97 м) на долю трех наиболее мелких классов крупности (0-0,3 мм) приходится 90% минеральных частиц (рис.1 а).
Сравнение дифракционной картины серпентина из нижней части профиля с литературными данными для различных политипов этого минерала, в том числе и из кимберлитов, позволило по наличию рефлексов со значениями 2,49 и 2,45 Е установить, что он представлен, преимущественно, смесью лизардита и хризотила. Хлорит из нижней части профиля характеризуется сравнительно невысокой интенсивностью нечетных рефлексов 003 (С = 4,82 Е) и 005 (С = 2,88 Е) на рентгенограммах что указывает на преобладание железа, в основном Гв2+, в структуре этого минерала. Однако, несмотря на наличие в составе хлорита существенного количества Гв2+, для породы в целом характерно относительно небольшое общее ва-
ловое содержание железа. На это указывает низкий уровень фона на дифрактограммах кимберлитов из нижней части разреза, что, при использовании СиКа излучения, подтверждает небольшое суммарное содержание (Гв2+ + Гв3+) в минералах породы. Отсутствие железа в диамагнитных минералах (кальцит, доломит и кварц) и относительно невысокое его содержание в составе парамагнитных минералов (серпентин, хлорит) определяют низкие значения х и сравнительно высокие -р0. Значения е/е0 на уровне 22-23 ео также указывают на малое содержание ферромагнитных минералов в неизмененных АКБ рассматриваемой трубки. Кроме того, высокие значения а и низкие - лэф и V являются следствием мелкозернистой и массивной структуры кимберлитов нижней части разреза, а также существенного содержания в них кальцита и кварца.
Выше по разрезу в интервале 95-87 м АКБ под действием развивающихся гипергенных процессов превращаются в глинистую породу пепельно-серой, местами желтовато-серой окраски. Петрофизи-ческие характеристики в этой части разреза последовательно снижаются от 2,4 до 1,95 г/см3 (среднее 2,20 г/см3) для а и возрастают от 14 до 39% (среднее 26,2%) и от 6 до 44% (среднее 16,6%), соответственно, для лэф и V Последовательное развитие процессов преобразования исходных кимберлитов в указанном интервале, по рентгеновским данным, приводит к интенсивной диссоциации, вплоть до полного исчезновения на глубине 93 м кальцита, а затем к растворению кварца - выше 89 м. В интервале 95-87 м в породе происходит увеличение количества относительно более крупных минеральных агрегатов (см. рис. 1 б). В результате этого, при общем снижении количества зерен в объеме породы, доля мелких частиц уменьшается до 65%. Дальнейшее преобразование пород, в частности, начало разложения исходных слоистых минералов, сопровождается еще большим снижением общего содержания минеральных частиц и размыванием границ между ними (см. рис. 1 в). Нивелиру-
ется также распределение зерен по размерам, причем количество мелких фракций на глубине 87 м понижается до 55%. Порода становится более рыхлой и теряет прочность, резко уменьшается ее а, а для лэф и V наблюдается отчетливое увеличение их значений. Происходит обогащение кимберлитовой породы серпентином и, особенно, хлоритом.
Известно, что преобразование кимберлитов в ряде случаев сопровождается накоплением железа как в составе кристаллических фаз, в частности, оксидов (магнетит) и гидроксидов (гетит), так и в виде аморфных соединений [3]. Появление рентгеноаморфных железистых новообразований в интервале 95-87 м зафиксировано по увеличению
фоновой составляющей СиКа-излучения на дифрактограммах, начиная с глубины 91 м. Накопление железа, в первую очередь окисного, обусловливает закономерное уменьшение значений ро, а также рост х и в/во вверх по разрезу. Особенно заметны эти изменения с глубины 91 м (см. табл.). В верхней части рассматриваемой зоны, интервал 89-87 м, кристаллическая структура серпентина претерпевает существенные изменения. По мере усиления степени гипергенного воздействия на породы снизу вверх по разрезу происходит замещение хризотиловой компоненты серпентина формой ли-зардита в кристаллической решетке которой присутствуют фрагменты как структуры 1Т,
Рис. 1. Фотографии шлифов кимбер-литовых пород и гистограммы распределения в них минеральных зерен по размерам: а - 87 м; б - 91 м; в -101 м
так и шестислойного серпентина. Подобные промежуточные формы, в различной степени сочетающие признаки обеих модификаций, обнаружены ранее при изучении серпентинов из кимберлитов Якутии [3]. Все это свидетельствует об общей тенденции изменения по разрезу термобарических и гидрогеохимических параметров среды, что сопровождается переходом относительно высокотемпературных минеральных модификаций в более низкотемпературные.
С учетом характера изменения химического состава и кристаллического строения минералов, рассматриваемую часть изученного разреза в интервале 9587 м следует отнести к зоне дезинтеграции.
Верхняя часть разреза в интервале 85-83 м сложена глинистой породой синевато-серой окраски с трудно просматриваемой брекчиевой текстурой. Средние значения а снижаются здесь до 2,00 г/см3, а лэф и V возрастают, соответственно, до 40 и 25%. Изучение шлифов в интервале залегания указанных пород показало, что в самой верхней части разреза под влиянием их гипергенного изменения происходит полное исчезновение границ между зернами, и порода приобретает вид однородной бесструктурной массы, не позволяющей провести анализ размеров минеральных частиц. На дифрактограммах одновременно присутствуют пары рефлексов 2,663 и 2,614, 2,574 и 2,495, 2,384 и 1,743 Е, при отсутствии отражений 2,09 и 2,14 Е, указывающие на интенсивное замещение в этой зоне ассоциации хризотила и лизардита 1Т гиперген-ной формой лизардита из кимберлитов В верхней части разреза часть накопленного в результате гипергенных преобразований железа обособляется в еще большем масштабе, чем в средней зоне, в виде самостоятельных Гв-содержащих фаз как аморфного, так и кристалличе-
ского типа. Об этом вует, в частности, дальнейшее повышение уровня фона на генограммах, и более высокое содержание зерен мелко-персного магнетита в верхней зоне профиля. Следовательно, в результате окисления /ё2+, провождающего частичную
градацию силикатов, железо в форме ГЄ+ накапливается в де минералообразования. При этом, за счет удаления при щелачивании из пород более
Рис. 2. Зависимость петрофизических характеристик кимберлитов от содержания в них серпентина (а,б) и железистости последнего (в): а - для плотности -о, пористости -пэф, и влагоемкости -Ш; б - для удельного электрического сопротивления- ро и магнитной восприимчивости - х; в -для коэффициента поглощения энергии радиоволн -к"
подвижного Мд, возможно ние серпентина лезом. Увеличение железистости пентина в верхней части профиля
тверждается татами
вого анализа его зерен.
Хлориты в этой зоне отличаются от разностей в нижележащих частях
разреза значительно большей интенсивностью нечетных отражений, особенно 003, что указывает на резкое повышение магнези-альности минерала.
Таким образом, как показали результаты исследований, масштабы изменения значений а, пэф и V кимберлитов под действием гипергенных процессов определяются в основном интенсивностью преобразования химикоминералогических особенностей пород (см. рис. 2, а). Соответственно, увеличение суммарного количества парамагнитных
(слоистые силикаты) и, особен-
но, ферромагнитных (оксиды и гидроксиды Гв) минералов в кимберлитах повышает их х и е/во, а также снижает ро (см. рис. 2, б). Кроме того, отмечается также увеличение к" в зависимости от железистости серпентина (см. рис. 2, в).
На основании полученных данных изученный профиль АКБ может быть подразделен на три зоны: неизмененных кимберлитов, пород соответствующих низам зоны выщелачивания, и расположенной между ними зоны дезинтеграции кимберлитов. Каждую зону профиля характеризует специфический состав породообразующих минералов, т.е. типоморфный минеральный парагенезис, а также определенный гранулометрический состав и структурно-текстурные особенности пород. Указанные факторы обусловливают соответствующие изменения петрофизических свойств кимберлитов в изученном профиле АКБ: последовательное уменьшение а, увеличение пэф и V В свою очередь, в соответствии с тенденцией увеличения в более выветрелых породах количества ферромагнитных минеральных компонентов и исчезновения границ раздела между минеральными зернами, меняются магнитно-электрические параметры возникающего элювия: снижается р0 и возрастает х, е/в0 и к. Полученные результаты показывают, что, в зависимости от термобарических и гидрогеологических условий, в интервале от плотных неизмененных кимберлитов до верхов профиля выветривания, происходит последовательное изменение вещественного состава и связанных с ним физико-механических свойств пород.
1. Бондаренко А.Т., Ковалев ЮД, Стогова В.А. Устройство и методика экспрессных измерений электрических параметров горных пород на естественно-мерзлом керне. Тр. ЦНИГРИ, вып.222. - 1988. - С. 53-60
2. Варлаков А.С. Серпентины и серпентиниты Бака-ла и Сатки. ЗВМО № 4, 2000. - С. 89-94
3. Зпнчук Н.Н. Постмагматические минералы кимберлитов. - М.: Недра, 2000, 538 с.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Никишов К.Н. Петролого-минералогическая модель кимберлитового процесса. - М.: Недра, 19B4, 212 с.
5. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. Под. Ред. Г.Брауна. - М.: Мир, 19б5, 599 с.
6. Crystal Structures of Clay Minerals and their X-Ray Identification. Edited by G.M. Brindley and G.Brown, Lon-don:Mineralogical Society,l9BG, 495 p.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Подгаецкий Андрей Викторович - ст. научный сотрудник, ИПКОН РАН.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ПОДГАЕ~1
в:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛБ9_03 С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коаті^\Місго80й\ШаблоньіШогта1Ло1т УДК 53
Икег
21.07.2003 10:54:00
3
21.07.2003 10:54:00 Гитис Л.Х.
10 мин.
09.11.2008 1:20:00
4
1 773 (прибл.)
10 112 (прибл.)
