Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о геолого- генетических моделях алмазных россыпей 12
1.1. Общие сведения и понятия 12
1.2. Обобщенные модели алмазных россыпей 16
1.2.1. Модели питающих источников алмаза 16
1.2.2. Геолого-структурные и морфоструктурные модели 21
1.2.3. Морфологические модели россыпей 24
1.2.4. Палеогеографические, гидродинамические и литофациальные модели 24
1.2.5. Петрографические и минералогические моднли 26
1.2.6. Концентрационные модели 30
1.2.7. Матсматико-статистические модели 35
1.2.8. Геофизические и геохимические модели 39
1.2.9. Климатические модели 41
1.3. Генетические и прикладные проблемы в изучении алмазных россыпей .43
Глава 2. Геологическая позиция алмазных россыпей побережья Намибии 44
2.1. Обзор существующих геологических представлений 44
2.2. Геология, стратиграфия, тектоника и магматические породы региона .54
2.3. Условия залегания продуктивного пласта речных и морских россыпей и характеристики их алмазоносности 66
2.3.1. Террасовые россыпи реки Оранжевая 66
2.3.2. Подводные россыпи побережья Намибии 75
2.3. Алмазы и его минералы-спутники в россыпях Намибии 92
2.3. Геолого-генетическая модель образования алмазных россыпей побережья
Намибии 103
Глава 3. Геологическая позиция современных и древних алмазных россыпей провинции касаи оссиденталь (демократическая республика конго) . 108
3.1. Обзор существующих геологических представлений 108
3.2. Геология, стратиграфия, тектоника и магматические породы региона .111
3.3. Условия залегания продуктивного пласта древних и современных россыпей и характеристики их алмазоносности 115
3.3.1. Древние россыпи провинции Касаи Оссиденталь 115
3.3.2. Четвертичные террасовые и русловые россыпи района 122
3.4. Алмазы и его минералы-спутники в современных и верхнемеловых россыпях Конго 126
3.5. Геолого-генетическая модель образования алмазных россыпей Конго 137
Глава 4. Геологическая позиция алмазных россыпей западного склона Урала 141
4.1. Обзор существующих геологических представлений 141
4.2. Геология, стратиграфия, тектоника и магматические породы региона .146
4.3. «Туффизиты» Западного склона Урала 162
4.4. Условия залегания продуктивного пласта россыпей и характеристики их алмазоносности 163
4.5. Алмазы и его минералы-спутники в современных и древних россыпях Урала 181
4.6. Геолого-генетнческая модель образования алмазных россыпей Западного склона Урала 191
Глава 5. Сравнительная характеристика эволюционного развития алмазных россыпей намибии, конго и урала, практические следствия и рекомендации 196
Заключение 201
Литература:
- Геолого-структурные и морфоструктурные модели
- Условия залегания продуктивного пласта речных и морских россыпей и характеристики их алмазоносности
- Условия залегания продуктивного пласта древних и современных россыпей и характеристики их алмазоносности
- Геология, стратиграфия, тектоника и магматические породы региона
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
Устойчиво растущее потребление алмазного сырья мировым рынком, а так же истощение крупных алмазных месторождений требует воспроизводства сырьевой базы для его добычи. Ведущими месторождениями алмазов являются коренные кимберлитовые трубки, но на ряду с этим высокая рентабельность и быстрая окупаемость затрат привлекает значительные инвестиции в добычу алмазов из россыпей во всем мире. Такие известные горнорудные районы, как Урал, Намибия и Бельгийское Конго, десятилетиями являясь источниками алмазов, далеко не исчерпали свой потенциал. Помимо выше отмеченного, новые технологии и высокие цены на ювелирное сырье позволяют рентабельно добывать алмазы из относительно небогатых, но имеющих существенные запасы объектов. Древние конгломераты, эрозионно-карстовые депрессии и современные аллювиальные россыпи магистральных рек, зачастую, и характеризуются такими параметрами, где следует учесть и такие благоприятные факторы, как относительно крупный средний вес камней, высокое качество сырья, расположение месторождений в экономически развитых районах.
К настоящему времени, накоплен огромный фактический материал по геоморфологии, литологии, петрографии, минералогии и распределению алмазов в россыпях в России и за рубежом. Однако многие генетические проблемы, связанные с источниками алмазов в россыпях и их геологической позицией, по-прежнему недостаточно изучены или являются объектом многолетних дискуссий. Сложная геологическая история района может искажать поисковую картину и маскировать связь с кимберлитовьтми телами, что чревато пропуском коренных первоисточников. Нередка и обратная ситуация, когда неверная интерпретация эволюции россыпей приводит к ошибочной стратегии и методике поисковых работ, что приводит к необоснованным затратам средств и усилий для безуспешных поисков коренных первоисточников в заведомо неперспективных районах.
ЦЕЛИ И ЗАДА ЧИ РАБОТЫ
Цель работы - создание геолого-генетических моделей формирования алмазных россыпей для изучаемых территорий Намибии, Конго и Урала, выявления их связи с коренными кимберлитовыми телами и вторичными коллекторами, а так же дальнейшее
совершенствование методики поисков алмазных россыпных месторождений в сложных геологических и горнотехнических условиях.
Основные задачи исследований.
Анализ и обобщение современных представлений о формировании алмазных россыпей, проведение их генетической классификации, оценка их промышленной значимости и реконструкция факторов, участвующих в эволюции россыпей различного генезиса вообще и для территории исследований, в частности.
Установление закономерностей в перераспределении алмазов, минералов-индикаторов кимберлитов и их гидродинамических спутников в результате различных экзогенных процессов, возможностей их высвобождения, миграции, сортировки и локализации, а так же их механического и химического изменения под воздействием многократных циклов размыва, транспортировки и захоронения.
ФАКТИЧЕСКИЙ МА ТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В основу диссертации положены результаты, полученные автором в ходе двухлетних полевых и камеральных работ на Западном склоне Урала, двухлетний опыт работы на буровом судне на шельфе Намибии и почти пятилетних работ в нескольких-алмазодобывающих районах Демократической Республики Конго.
Экспертная оценка алмазоносного потенциала россыпей Западного склона Урала проводилась по заказу МПР РФ в отделе алмазных месторождений Центрального Научно-Исследовательского Геологоразведочного института цветных и благородных металлов (ЦНИГРИ). В тесном сотрудничестве с производственными организациями автор принимал непосредственное участие, как в производстве, так и в планировании полевых работ, им отобрано большинство проб и проведена обработка результатов. Часть аналитических материалов была любезно предоставлена лабораторией месторождений алмазов Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и компанией Sun Mining. Фондовый материал по россыпям Урала был собран автором в Российском Геологическом Фонде, Москва.
При проведении изысканий в алмазоносных районах ДРК и Намибии автор являлся ответственным исполнителем исследований и принимал личное участие на всех этапах работ - при выборе концессий, поисковых и геологоразведочных работах и эксплуатации месторождений. В результате полевых работ были собраны и проанализированы данные о распределении алмазов в исследуемых объектах. Представительные выборки минералов-индикаторов кимберлитов и их минералогическое описание были получены из
отобранных проб в сотрудничестве с отделом алмазных месторождений Центрального Научно-Исследовательского Геологоразведочного института цветных и благородных металлов (ЦНИГРИ), а извлеченные минералы были проанализированы и сфотографированы на базе аналитических лабораторий компании MINNTEX, Johannesburg и University of Capetown, а так же МГУ. Вся доступная информация по предшествующим исследованиям была собрана и учтена при написании этой работы. Большой объем первичных, аналитических и графических материалов был проанализирован и систематизирован при работе с геологическими фондами CRGM (Centre de Recherches Geologiques et Minieres) в Киншасе, ДРК. В итоге, автор располагал представительными материалами по продуктивности разновозрастных россыпей Конго и Намибии. Использованы так же любезно предоставленные Клочковым И.А., Корниловым Д.В., Подчасовым В.М. и Савельевым В.П. материалы по россыпям алмазов в Конго и Анголы. Полезная информация в сравнительном плане была получена так же при анализе появившейся в последние десятилетия отечественной и зарубежной литературы.
В ходе работы над диссертацией автором было собрано, первично обработано, проанализировано и обобщено более 10000 проб, проведено более 5000 анализов тяжелой фракции из шлихов и концентратов, отобраны минеральные монофракции и описаны сотни зерен минералов-индикаторов кимберлитов. Морфологическое изучение минералов-спутников (более 250) выполнено на растровом электронном микроскопе JSM-820 фирмы «JEOL» (Япония). Определение химического состава минералов выполнено на растровом электронном микроскопе JSM-820, снабженном энергодисперсионным полупроводниковым детектором AN-85 S фирмы «LINK» (Великобритания) с компьютерной системой для обработки анализов. Полученные в ходе геологоразведочных и добычных работ алмазы (около тысячи из Намибии и порядка 500 из ДРК) были изучены и описаны в полевых условиях под бинокулярной лупой МБС-9. Так же были привлечены данные по нескольким миллионам (!) карат алмазов, добытых в Конго и в Намибии, а так же на Урале. Автором на основе полученных материалов были созданы картографические и фактографические базы данных в ГИС Maplnfo 8.5 и Arc View 3.2 по всем регионам. В эти базы данных вошла информация по всему объему аналитических работ, имеющиеся космоснимки и картографический материал по геологическому строению территорий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
В силу закрытости алмазного бизнеса информация о геологическом строении и экономических показателях россыпей западного побережья Южной Африки, собранная за
почти вековую историю добычи алмазов, была практически недоступна для научного геологического сообщества. Личный двухлетний опыт автора, принявшего активное участие в разведке и добыче алмазов из морских россыпей Намибии, а так же анализ публикаций по этой теме позволяют обрисовать детальную картину эволюции этих месторождений. Эта научная работа является одной из немногих в отечественной научной литературе попыток свести воедино данные по качественным и количественным характеристикам алмазов в россыпях, показать источники поступления этих алмазов и факторы, формирующие россыпи, а так же дать прогнозные характеристики структурно-геоморфологических ловушек, благоприятных для формирования экономически значимых концентраций алмазов.
Для россыпных провинций ДРК был впервые собран представительный банк данных для разновозрастных россыпей. Несмотря на то, что алмазы на территории добивались с начала XX века, изучение алмазных россыпей на этой территории носило, скорее эмпирический характер. Исследования геологов носили узкоспециальный характер, направленный на извлечение максимальной выгоды из уже известных алмазоносных объектов. Длительный период военных действий и череда военных переворотов и политической нестабильности сделали эту территорию недоступной для планомерных геологических изысканий. Автор принял участие в составе нескольких экспедиций, впервые за долгий период проводивших полномасштабный комплекс геологических изысканий в провинциях Восточная и Западная Касаи. Таким образом, собранный и проанализированный современными методами материал является по сути одной из первых по-настоящему научных отечественных работ по геолого-генетическому строению алмазных россыпей ДРК в приграничных с Анголой районах.
Проанализированы основные факторы и условия формирования алмазоносных россыпей и изменения минералов-индикаторов кимберлитов в условиях агрессивной коры выветривания. Получены новые данные по химизму минералов-индикаторов кимберлитов, свидетельствующие о потенциально высокой продуктивности кимберлитовых тел, питающих россыпи. На основании представительного количества анализов рассмотрены закономерности перераспределения алмазов и их спутников в ряду меловых кимберлитов - верхнемеловых конгломератов - комплекса четвертичных россыпей. Собранный и обработанный фактический материал позволил аргументировать наличие дополнительных кимберлитовых первоисточников в непосредственной близости от изучаемых россыпных объектов, а так же показать эволюцию и закономерности формирования глубокозалегающих, но экономически значимых для региона, верхнемеловых и раннечетвертичных россыпей.
Для Уральского региона исследований был собран и обобщен обширный материал, охватывающий весь генетический спектр разновозрастных россыпей алмаза, от силурийских конгломератов до современного аллювия. Этот материал послужил, в соответствии с заказом МПР РФ, основой для создания картографической и фактографической баз данных, включающих геологические и минералогические характеристики россыпных образований. Проведенный анализ всех известных россыпных объектов позволил установить основные закономерности размещения, строения и состава алмазных Уральских россыпей. Выявлена и научно обоснована предполагаемая генетическая связь докембрийских кимберлитовых трубок, силурийских и девонских конгломератов и неоген-четвертичного россыпного комплекса, а так же показано отсутствие связи россыпей с так называемыми «туффизитами» и другими магматическими образованиями района.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНА ЧИМОСТЬ
Практическая значимость выполненных исследований заключается в разработке геолого-генетических моделей россыпной алмазоносности, как для Урала, так и для Намибии и ДРК. В свою очередь, предложенные модели в существенной мере дополняют (для Урала и Намибии), или пересматривают (для ДРК) представления об экономической значимости разновозрастных россыпей. Реконструкция развития россыпных районов позволяют локализовать местоположение питающих их кимберлитовых тел. В конечном счете, предложенные модели позволили применить правильную стратегию и методику поисков коренных источников и отбраковать заведомо бесперспективные территории, в случае Урала, или наоборот, выдвинуть новые площади в качестве первоочередных, в случае ДРК.
Опыт работы на буровом и добывающем судах в 2004-2006 гг. у побережья Намибии позволил создать четкую концепцию развития алмазоносных россыпей района. Работая в составе профессиональной интернациональной геологической команды, автор принял участие в обнаружении, разведке и отработки подводных россыпей, а так же в осмыслении полученных результатов изучения этих месторождений, которые и в настоящее время составляют сырьевую базу компании Sakawe Diamond Corporation. Разработанная геологической командой методика прогнозирования и обнаружения благоприятных позиций для формирования экономических концентраций алмазов позволили Компании занять одно из лидирующих положений в алмазодобывающем секторе побережья Намибии.
В результате экспедиционных работ в ДРК были собраны, изучены и проанализированы представительные объемы разнообразных образцов и проб. Исследования геологоразведочного полевого сезона 2002 г. позволили оконтурить и обсчитать промышленные современную аллювиальную россыпь и глубокозалегающее месторождение алмазов в древних конгломератах. Это месторождения были успешно отработаны в 2002-2003 гг. Геологические изыскания сезона 2003-2004, наоборот, показали крайне низкую перспективность лицензионных участков, что позволило уменьшить риск инвестиций в предложенные концессии и мотивировать перенос работ на другие, более перспективные, площади.
В ходе геологоразведочных работ 2006-2008 на территории южных провинций Конго, автор принимает активное участие в организации и руководстве геологоразведочными исследованиями для интернациональной компании Southern Era Diamonds Inc. Грамотная разработка поисковой модели месторождений и эффективная методика их разведки позволили компании обнаружить и оценить алмазные россыпи в старом горнорудном районе, пропущенные либо недооцененные предыдущими добывающими компаниями. Компания выходит на стадию промышленной добычи алмазов, что позволяет ей занять позицию практически единственного успешного горнорудного предприятия региона. Результаты работ в настоящий момент публикуются в годовом отчете компании [Southern Era Diamonds Inc Annual, 2008].
Материалы проведенных исследований на Урале позволили дать экспертное заключение для Министерства Природных Ресурсов РФ с выделением перспективных направлений развития поисковых работ для разновозрастных россыпей и пересмотреть их экономическую значимость, а так же обосновать прекращение непродуктивных трат средств и усилий на исследования в области «туффизитовой» тематики. Результаты работ и заключения изложены в промежуточном отчете [Голубев, Ваганов, 2000].
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Прибрежно-морские алмазные россыпи Южной Африки являются россыпями дальнего сноса и переотложения. Источниками питания этих россыпей являются, в основном, глубоко эродированные меловые кимберлитовые тела центральной части Южной Африки, а так лее, более древние трубки и ледниково-осадочные отложения различного возраста. Алмазы транспортировались к западному побережью реками, и вдоль него, направленными на север морскими течениями и ветрами. Благоприятное сочетание транспортных потоков алмазов, геоморфологических и структурных
ловушек сформировало экономически значимые концентрации алмазов на разновозрастных террасах океанского побережья.
Кайнозойские алмазоносные россыпи Конго сформировались за счет размыва верхнемеловых конгломератов, которые в свою очередь образовались, частично, путем денудации меловых трубок на территории Анголы и их дальнейшей транспортировки алмазов реками на север. Наличие свеоких минералов-индикаторов кимберлитов свидетельствует о наличии местных коренных источников алмазов на территории Конго. Присутствие алмазов с признаками древности и датировка кимберлитовых цирконов, указывает на дополнительное питание алмазных россыпей из более древних коренных источников и/или ледниковых отложений.
Мезо-кайнозойские россыпи Урала сформировались за счет размыва и переотложения алмазов из палеозойских вторичных коллекторов, которые в свою очередь были образованы в результате ледниковых, аллювиальных и морских процессов, в ходе которых алмазы транспортировались с запада и многократно переотлагались. Возраст предполагаемых коренных источников должен быть довендский
Первое защищаемое положение рассмотрено в главе 2; второе — в главе 3, третье - в главе 4, сравнительная характеристика россыпей дана в главе 5. В небольшом по объему введении представлены защищаемые положения, описаны методики и объемы проведенных исследований. В главе 1 представлены основные понятия, геолого-генетические типы алмазных россыпей, их классификация и модели. В заключении даны основные выводы и рекомендации по результатам исследований.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения общим объемом 213 страниц, в том числе, 52 рисунка, 17 таблиц, и список литературы, включающий 154 наименования.
ПУБЛИКАЦИЯ И ОПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
По теме диссертации опубликовано пять работ, из них две в реферируемых журналах. Еще несколько находятся в печати. Материалы диссертации так же были использованы при написании коллективной монографии: Подчасов В.М., Евсеев М.Н., Богатых И.Я., Минорин В.Е., Черенков В.Г., Россыпи алмазов мира. - М.: ООО «Геоинформмарк», 2005. - 747с. Помимо этого, результаты исследований изложены в 6 производственных отчетах и заключениях.
Результаты исследований обсуждались в 2007 на научной конференции в Индии, "Fluvial and marine processes of Cenozoic and formation of placers", на презентациях
Московского госуниверситета, а также на конференциях Министерства Геологии и Шахт республики Конго и на заседаниях геологического общества Намибии.
БЛАГОДАРНОСТИ
Выполненные исследования, на всем своем протяжении, курировались и проводились под руководством: д.г.-м.н., академика ЕАЕН, лауреата премии Правительства РФ в области науки и техники В.К. Гаранина, заведующего лабораторией месторождений алмаза Геологического Факультета МГУ, и д.г.-м.н., профессора Старостина В. И., заведующего Кафедрой геологии и геохимии месторождений полезных ископаемых Геологического факультета МГУ, чьи добрые советы и консультации в значительной степени стимулировали завершение данной работы.
За постоянную поддержку и творческую помощь автор искренне признателен своим коллегам по совместной работе и наставникам д.г.-м.н. Афанасьеву В.П., к.г.-м.н. Минорину В.Е. и Подчасову В.М. Отдельно хотелось бы выразить благодарность Е.Н. Божко, К.В. Гаранину, Dr. G. Franceschini и М. Muniswamy, моим коллегам, наставникам и соавторам по написанию ряда работ, а так же J.P. Abson и руководству компании Southern Era Diamonds Inc., которые пошли навстречу желанию автора завершить написание диссертации. В разное время вопросы, затронутые в диссертации, обсуждались с Вагановым В.И., Гараниным К.В., Годуном К.В., Гречишниковым Д.М., Дак А.И., Емельяновым B.C., Иванушкиным Ф.С., Кирмасовым А.В., Клочковым И.А., Куртлацким В.В., Лаломовым А.А., Макаровым Д.Ю., Мухиным П.А., Никитиным Ю.А., Патык-Кара Н.Г., Савельевым В.П., Самохиным А.А., Феофиловым С.Ю., Филатовым А.Ю., Цаликовым К.М., Черенковым В.Г., A. Moore, R. Spaggiari, J. Ward. В решении многих технических задач, связанных с проведением аналитических работ и описательным проб, постоянное содействие оказывали Дьячкова И.Н, Колесникова Т.И, Щербакова Т.Е. Аналитические материалы по составу минералов-индикаторов кимберлитов, собранные по Уралу, были получены от Еналиевой М.А., Синкина В.П., Чуйко В.А. Фотографии алмазов и их описание было любезно предоставлены Захарченко О.Д.
Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность всем упомянутым коллегам, а так же многим другим специалистам, с которыми приходилось контактировать при разведке и подготовке месторождения к промышленному освоению.
Выражаю признательность и благодарность своей супруге Е.С. Шмаковой и сыну Шмакову Я.И. за помощь, терпение и выдержку.
Своей работой автор отдает долг памяти наставникам, известным геологам-алмазникам России Богатых И.Я., Минорину В.Е. и Патык-Каре Н.Г.
Геолого-структурные и морфоструктурные модели
В россыпи ближнего сноса возле первоисточника крупность, средняя масса алмазов незначительно выше, форма, качество, стоимость алмазов близки таковым в первоисточнике. При умеренной удаленности от коренного первоисточника заметна сортировка алмазов, основная их масса сосредоточена в двух-трех классах крупности, рост средней массы алмазов прекращается, ее значение стабилизируется.
Главные качественные признаки коренных первоисточников и критерии прогноза, связанных с ними россыпей алмазов [Прокопчук. 19791.
локальное распространение алмазов и пространственно связанных с ними парагенети-ческих минералов-спутников, слабая их сортировка и наличие эндогенных поверхностей, свойственных алмазам и другим минералам коренных месторождений;
присутствие обломков кимберлитов, лампроитов и (или) комплекса присущих им минералов (пироп, пикроильменит, оливин, хромшпинелид и др.) в аномальных концентрациях и высокой сохранности;
масштаб алмазоносностн россыпных полей и месторождений прямо зависит от количества, размеров, уровня алмазоносностн коренных первоисточников, а также от продолжительности и глубины их эрозионного среза.
Модель промежуточных источников алмаза весьма многообразна по возрасту, генезису, форме распространения, составу и алмазоносностн. Промежуточным источником может служить продуктивный одиночный горизонт или группа горизонтов.
Возраст промежуточных коллекторов алмаза в мире датируется, начиная с позднего архея (формация Витватерсранд, ЮАР). Есть сведения о находках алмазов в докембрийских конгломератах Сибирской платформы и Урала [Метелкина, 1971].
Среди терригенных формаций Сибирской и Восточно-Европейской платформ наиболее алмазоносные посткимберлитовые: среднепалеозойская и раннемезозойская, а в их разрезе - грубообломочные образования и продукты переотложенных кор химического выветривания коренных и промежуточных источников алмазов пяти основных эпох: среднепалео-зойской (D-Ci, позднепалеозойской (Сг-Рь раннемезозойской (Тг-Jt), позднемезозойской (J3-K1 и кайнозойской (N-Q) [Граханов, 2000].
В среднепалеозойскую эпоху на Урале и Тимане формировались основные коллекторы алмазов такатинской и пижменской свит среднего девона [Дудар, 1996], в Якутии и Архангельской области размывались наиболее алмазоносные среднепалеозойские кимберлиты [Ваганов, 2000].
В позднепалеозойскую эпоху наиболее благоприятные условия для образования россыпей существовали в среднем - позднем карбоне в стадии размыва и переотложения продуктов кор выветривания более древних промежуточных коллекторов и среднепалеозойских кимберлитов при большом (около 100 м и более) эрозионном срезе последних (Малоботуо-бинский район) [Прокопчук, 1979].
В раннемезозойскую эпоху россыпеобразования сформировались наиболее продуктивные терригенные формации вблизи коренных первоисточников Среднемархинского района и промежуточные коллекторы карнийского возраста Нижнеленского района, в позднеме-зозойскую - алмазоносные нижневолжские конгломераты вдоль платформенного склона При верхоянского прогиба.
К кайнозойской эпохе относится преобладающее большинство россыпных месторождений алмазов, практически все россыпи ближнего сноса и переотложения, расположенные возле обнажающихся коренных месторождений и древних промежуточных коллекторов. Наиболее перспективные на россыпные месторождения палеогеновая (олигоценовая) и неогеновая (плиоцен-нижнечетвертичная) стадии россыпеобразования, связанные с переотложенными продуктами кор химического выветривания коренных и промежуточных источников алмазов [Минорин и др., 1988].
Распространение алмазов в промежуточных коллекторах весьма широкое (до сотен -первых тысяч километров) благодаря их высочайшей твердости и химической устойчивости. Концентрация алмазов в общем невысокая, древние промышленные россыпи встречаются редко, более распространены мелкие локальные скопления.
Первостепенное значение промежуточных коллекторов, как источников кайнозойских россыпных месторождений алмазов, обусловлено главным образом их размывом на больших площадях и повышенной крупностью, качеством и ценностью камней.
Количественные оценки параметров алмазоносности промежуточных коллекторов (табл. 1.2.1.2) приводятся по редким российским и зарубежным древним россыпным месторождениям алмазов [Барде, 1976; Дудар, 1996; De Wit, 1996].
Среднее содержание алмазов колеблется также как и в первоисточниках; крупность, доля целых, качественных, ювелирных камней, цена 1 карата выше, чем в первоисточниках. Алмазы сортированные, основная их масса сосредоточена обычно в двух соседних классах крупности.
Содержание и крупность алмазов в промежуточных источниках, при прочих равных условиях, снижаются с уменьшением крупности терригенного материала. На поверхности алмазов наблюдаются следы гипергенного выветривания (кремнистые рубашки), механического износа (штриховка, выкрашивание), а в наиболее древних, особенно докембрийских, коллекторах - пятна пигментации, чаще зеленые, бурые [Метелкина, 1971].
Возле промежуточного источника алмазы идентичны по форме, крупности, сохранности, качеству и стоимости 1 карата; содержание их ниже, равно или выше, чем в промежуточном источнике. С удалением от него в кайнозойских россыпях содержание и крупность алмазов медленно постепенно снижаются, количество камней с признаками гипергенного выветривания, пигментации уменьшается [Кухаренко, 1960].
Условия залегания продуктивного пласта речных и морских россыпей и характеристики их алмазоносности
Начиная со второй половины мезозоя, поднятия субконтинента происходили эпизодически с продолжительными периодами стабильности. Они концентрировались как вблизи береговых окраин, так и главным образом вдоль разобщенных осей в континентальных областях. Однако поднятия не сопровождались крупными разрывными нарушениями, а вулканизм был ограничен внедрением рассеянных трубок и даек кимберлитов, мелилититов. нефелинитов, карбонатитов. Внедрение тел щелочных пород предшествовало миоценовому и плиоценовому поднятиям. Каждое из этих поднятий начинает цикл внутриконтинентальной эрозии. Основная причина своеобразия развития ландшафтов Южной Африки кроется в становлении до раскола Гондваны и существовании на протяжении всей дальнейшей истории высокого барьера, отделяющего возвышенные Внутренние области субконтинента от более низких прибрежных районов -Большого уступа. Именно он обусловливает одновременное существование двух базисных уровней, одним из которых эрозия оперировала во Внутреннем плато, другим — в прибрежных областях.
Другими словами, в течение одного и того же эрозионного цикла базисом эрозии для прибрежных районов служил уровень океана, а для континентальных областей — днища прорезанных реками сквозь Большой уступ трогов на участках их выхода из Внутреннего плато. Деятельность рек корректировала влияние океанического базиса эрозии, иногда в значительной степени.
Омоложение ландшафта в каждом цикле начиналось складчатостью или короблением прибрежных районов с воздыманием их выше уровня океана. В континентальной части страны начало этих же циклов знаменовалось асимметричными поднятиями областей, навсегда наклонившими субконтинент к западу.
Унаследованное положение эрозионных поверхностей, сформировавшихся в течение этих циклов, показывает эпизодическую природу поднятий. Данные о седиментации из различных участков океанических бассейнов показывают синхронные изменения в планетарном масштабе в поставке материала из рек. В мелу отмечаются два пика шельфовой седиментации [Dingle et al., 1983].
Первый пик приходится на валанжин-баррем (131-115 млн. лет), второй - на коньяк-сантон (86-78 млн. лет). Первое из них обусловлено главным региональным поднятием субконтинента, ассоциирующим с внедрением кимберлитов, второе сопровождалось локальными тектоническими перестройками.
Главные седиментационные пики кайнозоя приходятся на эоцен (52 млн. лет), миоцен (18 млн. лет) и на конец плиоцена (около 2,5 млн. лет) [Davies et al., 1977].
Синхронность океанических седиментационных пиков и периодов поднятий в Южной Африке и некоторых других областях в кайнозое позволили [Partridge, Maud, 1987] предположить, что эти максимальные значения уровня океанического осадконакопления связаны не с климатическими изменениями глобального характера, а с синхронными пульсами эпейрогенических движений. Последние явились причиной поднятия пассивных континентальных окраин и «эветатических» колебаний уровня океана. В аспекте проблемы коренных источников алмазных россыпей представляют речные системы, которые, начиная с мела, дренировали кимберлитовые провинции. Это, в первую очередь, система рек Оранжевая - Олифантс, водосбор которой охватывает ноля алмазоносных кимберлитов ЮАР, Лесото, Свазиленда и частично Ботсваны. Фактическим материалом доказано, что уже в мелу разветвленная система рек Оранжевая - Олифантс -имела сток западного направления, который не изменялся на протяжении всей мезо-кайнозойской истории региона (рис. 2.4). Генеральный рисунок этой системы также не претерпел существенных изменений. Таким образом, продукты разрушения кимберлитовых трубок, в том числе и алмазы, могли быть перенесены на западный шельф только реками системы рек Оранжевая-Олифантс.
Таким образом, в течение периодов максимальной эрозии в мелу, эоцене, миоцене и плиоцене системой рек Оранжевая-Олифантс могло быть перенесено на шельф огромное количество кластического материала, включая алмазы.
Аллювий среднего течения реки Оранжевой на всем протяжении границы между Намибией и ЮАР практически не алмазоносен, за исключением последних 150 километров русла реки. Приустьевой участок реки Оранжевой является промышленно алмазоносным и содержит аллювиальные террасовые россыпи (рис.2.3.1.1).
Алмазы добываются из террасовых отложений на участке реки между 1630" и 1730" восточной долготы и 28 и 2830" южной широты. Хотя первые алмазы были найдены в устье реки еще в 1909 г., террасовые россыпи низовьев р. Оранжевой были вовлечены в добычу алмазов только в 60-х годах прошлого столетия и до настоящего времени продолжают поставлять на рынок уникальные по своим характеристикам ювелирные алмазы.
Промышленное освоение месторождений начались в 1963 г. в окрестностях пос. Реюнинг [Van Wyk, Pienaar, 1986] Содержания алмазов здесь невысоки, но имеют высокую стоимость. Доступные данные, имеющиеся за 11-летний период добычи с 1973 по 1984 г. позволяют судить, что только на руднике Реюнинг за этот период было добыто более 700 тыс. карат при среднем содержании 3,6 карат на 100 тонн. Мощность отрабатываемого галечника составляла 20 м. Разведанные и прогнозные ресурсы на 1984 год составляли 152443 миллионов тонн галечников, которые могли, предполагаемо, содержать более 5 млн. карат алмазов.
Геологическая позиция россыпей нижнего течения р. Оранжевая определяется структурным положением на стыке нескольких крупных тектонических элементов юга Африканской платформы: синеклиз Калахари и Карру, разделенных выступами древнего кристаллического фундамента, и структур складчатой системы Каис [Geological Map of Namibia, 1980, 1998].
Коренные породы района, наблюдаемые в русле реки, представлены комплексом докембрийских пород, с возрастом от 2000-1800 млн. лет (свита Виолдрифт) до 1200 млн. лет (комплекс Рихтерсвелд). Эти породы представлены плотными гранодиоритами, габбро, диоритами, реже гранитами, которые дислоцированы в складки различных порядков, часто с постепенными переходами по составу от диоритов к гранодиоритам с прослоями габбро и дайками микродиоритов. Этот комплекс пород прорван жилами и дайками интрузивных пород долеритового состава, наиболее крупные из них достигают 30 м мощности. Секущие интрузивные тела, как правило, ориентированы в северовосточном или в северо-западном направлениях. Также присутствуют жильные тела незначительной мощности (20-25 см), которые сложены в основном риолитами и пересекают плотик террас в субширотном направлении. Возраст дайкового комплекса, скорее всего, мезозойский. Дайки и жилы, как правило, не выражаются в рельефе плотика террас, но иногда все же создают естественные барьеры и условия для образования «ловушек». Разломы и зоны дробления проявляются лишь в незначительных неровностях и линейных углублениях на поверхности плотика. [Speiser, 1997ф].
Кимберлиты и карбонатиты были интрудированы в меловое время. Самые близкие к району работ кимберлитовые тела расположены в среднем течении р. Оранжевая близ восточной границы ЮАР и Намибии. Это тела полей Грюнау и Вармбад, в которых известны единичные слабоалмазоносные диатремы [Стаднюк, 1996ф].
Рыхлые отложения исследуемого района представлены мезо-кайнозойскими аллювиальными отложениями русла и пойм Оранжевой реки, гравийно—галечными террасами и делювиально-пролювиальными отложениями небольших сухих водотоков.
Условия залегания продуктивного пласта древних и современных россыпей и характеристики их алмазоносности
Геологическая позиция провинции Касаи Оссиденталь. В тектоническом плане район приурочен к поднятию-массиву Касаи, который представляет собой выход на поверхность кристаллических пород фундамента крупнейшего в регионе кратона Конго архейской и нижнепротерозойской стабилизации. В пределах массива Касаи установлены зоны глубинных разломов субмеридионального и субширотного простирания, часто выражающиеся в виде грабенообразных понижений в фундаменте. Южнее, на территории Анголы, в бассейнах рек Чикапа и Лонготчимо, и северо-восточнее, в районе Мбужимайи, ДРК, в пределах этих зон установлены кимберлиты [Хаин, 1973, Трофимов, 1980]. Помимо мезозойских кимберлитов, других магматических пород щелочно-ультраосновного ряда здесь не установлено.
В геологическом строении района принимают участие архейские и протерозойские породы кристаллического фундамента, палеозойские и мезозойские осадочные породы чехла и современные рыхлые отложения.
Докембрийский кристаллический фундамент. Наиболее древними породами являются архейские гнейсы, сланцы, железистые кварциты и протерозойские граниты и мигматиты, которые образуют внешнее кольцо Конголезской синеклизы. Выходы пород архея отмечаются только на юго-востоке площади и в долинах крупных рек. С нижнего протерозоя до верхнего палеозоя происходил размыв и никаких отложений на площади не сохранилось.
Осадочный палеозойско-мезозойский и кайнозойский чехол. На фундаменте с несогласием залегает палеозойская осадочная формация, выделяемая в Южной Африке как формация Карру [Du Toit, 1954]. Формация представлена здесь свитой Лукуга (аналог формаций Двайка и Экка Южной Африки) [Подчасов и др., 2005].
Свита Лукуга представлена ледниковыми и перигляциальными конгломератами, песчаниками и аргиллитами; ее возраст датируется как пермо-карбоновый. Отложения данной свиты выполняют тектонические депрессии и долины ледникового происхождения, выработанные в кристаллическом фундаменте. На ней с несогласием залегает свита Лойя (Бакупгу) юрского-нижнемелового возраста, представленная пестроцветными мел-ко-среднезернистыми песчаниками с прослоями аргиллитов и базальных конгломератов. Отложения этой свиты широко распространены к северу в центральной части впадины Конго. В отложениях свит Лукуга и Лойя (Бакунгу) алмазов не встречено.
Следующая по возрасту, свита Кванго, датируемая верхним мелом, содержит алмазы. Ее возрастной аналог в Анголе - формация Калонда [Fieremans, 1961]. Свита Кванго сложена рыхлыми тонкозернистыми песчаниками красного и фиолетового цвета с лин 112 зами коричневых аргиллитов, конгломератових песчаников и конгломерата, как правило, залегающего в основании свиты. Базальный конгломерат с песчано-глинистым заполнителем характеризуется слабой сортировкой, здесь постоянно присутствуют хорошо окатанные гальки агата и халцедона, наряду с фрагментами сильно угловатых местных пород. В западной части провинции Касаи Оссиденталь свита Кванго имеет следующее строение (сверху вниз) [Казн, 1958]: 1. Светло-лиловые песчаники с редкой галькой кварца и агата до 100 м. 2. Песчаники, аналогичные песчаникам верхней части, с прослоями слюдистых аргиллитов и обломками и плоской галькой аргиллитов - 100-200 м. 3. Базальный конгломерат с песчанистым заполнителем, глыбами выветрелых пород фундамента и гальками кварца со следами эоловой обработки, агата, халцедона, аргиллитов и зеленых и коричневых песчаников - до 1-3 м.
Породы свиты Кванго, как правило, залегают в депрессиях и другого рода понижениях древнего рельефа и по своему происхождению относятся к эоловым, речным и озерным отложениям.
Этот комплекс пород перекрывается рыхлыми кайнозойскими осадками, представленный здесь серией Калахари (палеоген-миоцен), которая встречается на мелких изолированных плато и на вершинах некоторых возвышенностей. Серия состоит из трех свит: свиты Камина, свиты полиморфных песчаников (Gres Polymorph) и свиты охристых песков (Gres Ochre).
Свита Камина обычно располагается на гранитном цоколе и сложена чередованием прослоев мелкого галечника с косой слоистостью, песчано-глинистых и гравийных прослоев розового и красного цвета. В нижней части этой свиты местами имеется горизонт крупных конкреций коричневого кремня. Верхняя часть этого горизонта окремнена. Мощность свиты порядка 8-10 м.
Свита полиморфных песчаников сложена окремненными породами песчано-конгломератового состава. В них встречается галька кварца, иногда кварцита и халцедона различной степени окатан ности величиной до 5 см.
Свита охристых песков сложена охристо-желтыми неслоистыми слабоглинистыми песками, которые в нижней части имеют красноватый оттенок. Эти пески местами залегают на поверхности конгломерата, известного под названием «галечников плато». Конгломерат сложен обломками кремнистых пород серии Калахари и мелкой галькой кварца и лимонита в крупнозернистом песке, его мощность не превышает 1,5 м.
К более молодым отложениям относится аллювий террас и русел современной речной сети. В пределах долин большинства крупных рек выделяются 3 надпойменные тер 113 расы, расположенных на высоте 40 м и более над уровнем реки. Мощность террасовых галечников достигает 5-6 м.
Геоморфологическое строение. Алмазоносный район представляет собой холмистую приподнятую равнину с плоскими вершинами, являющимися остатками миоценового пенеплена. Поверхность плато с реликтами миоценовой коры выветривания имеет уклон на север и рассечена долинами крупных притоков р. Касаи - Чикапы, Лонготчимо, Лулуа. Современная речная система этой части Центральной Африки образована после подъема и изгибания миоценового пенеплена и образования Конголезской впадины [Под-часов и др., 2005]. Поверхность северной оконечности этого пенеплена монотонная и покрыта песками. Она рассечена долинами крупных притоков р. Конго, заложенных еще в мел-плиоцене и расширенных и углубленных в плейстоцене. Глубина их вреза 60-120 м. Реки текут с Ангольского плоскогорья в бассейн реки Конго в меридиональном направлении с юга на север почти параллельно друг другу. В верхнем течении долины узкие, с цепью водопадов и порогов. Резкая параллельность рек обусловлена плоским равномерным изгибом миоценового пенеплена в сторону впадины; его уклон составляет 1 м на 1 км и выдерживается на протяжении более 300 км.
Хотя многочисленные алмазоносные притоки питают эту систему на всем протяжении, наиболее значительное поступление алмазов происходило предположительно со; стороны левого (южного) берега реки Касаи.
Долины реки Касаи и ее главных притоков могут быть разделены на 3 геоморфологические зоны (в целом, они постепенно сменяют друг друга с юга на север):
Гранитогнейсовая зона — определяется присутствием обнажениями кристаллического фундамента. Для нее характерны узкие ущелья, высокий градиент речного уклона и, как следствие, быстрое и мощное течение. Здесь широко развиты гидродинамические ловушки и водобойные котлы, в то время как террасовые отложения развиты очень ограниченно;
Зона на контакте разпокомпетентных пород, где крепкие породы фундамента чередуются с мягкими песчаниками осадочного чехла. На этих участках узкие долины со стремительным течением внезапно сменяются широко открытыми речными долинами, где пойма и террасы имеют больше пространства для формирования в условиях более медленного течения. Наряду с этим, чередование мягких и крепких пород создают благоприятные условия для формирования водобойных котлов и каналов с продуктивными галечниками;
Геология, стратиграфия, тектоника и магматические породы региона
Изучая распределения алмазов вдоль Западной и Восточной Уральских алмазоносных зон, они пришли к выводу, что наиболее крупные алмазы и наибольшая встречаемость кристаллов приурочена к району Колчимского поднятия (рис. 4.1.1). И.С.Степанов с соавтором считают [Степанов, Сычкин, 1989], что алмазы транспортировались древней девонской рекой из верховьев современной Камы и отлагались в русловых и дельтовых фациях, а так же вдоль побережья отступающего Уральского моря (рис. 4.1.2, 4.1.3). По их мнению, скопления алмазов в мезо-кайнозойских депрессиях объясняется карстованием карбонатных толщ на границе с терригенными породами. В образующиеся карстовые воронки алмазы были привнесены реками либо прибрежно-морскими течениями, и в дальнейшем были запечатаны в них, в то время как более мелкая популяция алмазов была вынесена дальше на восток и юго-восток отступающим морем.
Таким образом, считают авторы, современные россыпи питаются из размываемых карстовых депрессий, в то же время ими отрицается либо сводиться до минимума алмазо-носность грубообломочных толщ палеозоя.
В процессе поисков коренных источников алмазов, связанных с кимберлитовыми и некимберлитовыми местными источниками, важная роль отводилась изучению морфологии, состава алмаза и включений в нем, а также данных по минералам-спутникам алмаза. Выполненный анализ показал, что в пределах уральских россыпей преобладают криво-гранные округлые формы алмаза [Гневушев, Шеманина, 1961].
Уже в самых ранних работах по изучению популяции алмазов Койво-Вижайского района [Писемская, 1953] было отмечено, что многие кристаллы несут на себе следы интенсивного истирания, тогда же описаны алмазы с пятнами пигментации. Эти признаки, а так же хорошая сортировка и высокий средний вес при отсутствии дефектных зерен и микроалмазов дали основание для большинства исследователей [Метелкина, 1971] предположить древний возраст алмазов и их неоднократный перемыв и перезахоронение во вторичных коллекторах.
Изучение свойств алмазов позволили [Гневушев, Писемская, 1961] сделать вывод об их кимберлитовой природе. Он предполагал, что кристаллизация уральских алмазов в очаге верхней мантии происходила замедленно при более высокой температуре и относительно низком давлении по сравнению с якутскими алмазами.
В результате исследования алмазов и включений в них минералов-спутников [Прокопчук и др., 1964] были установлены ультраосновной и эклогитовый парагенезисы, причем для уральских алмазов второй преобладает. Основное внимание уделялось определению состава типоморфных минералов — гранатов, хромшпинелидов, моноклинных пироксенов и ильменитов с помощью рентгеновского микроанализатора. Изучение гранатов из гравелитов и конгломератов базальных слоев такатинской свиты девона с помощью методики микроспектрального анализа дало определение их по физическим свойствам как пиропы [Шеманина, Богомольная, 1980; Кудрявцева и др., 1993; Езерский, Молчанова, 1999]. Это позволило подтвердить принадлежность большинства исследованных гранатов к пироп-альмандиновому ряду, получить прямые данные о химизме уральских пиропов и показать идентичность цветовых разностей пиропов из базальной части девона (Урал) и из включений пироповых перидотитов в кимберлитах Якутии.
Таким образом, в процессе поисков коренных источников алмазов основное внимание обращалось на участки магматических и осадочных пород, наиболее приближенные и наиболее тесно связанные с россыпями алмазов. Опробовались дуниты, пироксениты, ультраосновные и реже основные щелочные породы; так же обогащались грубообломоч-ные осадочные породы, начиная от рифея и моложе. В конечном итоге сделан общий вывод, что ни одна из изученных магматических пород не представляет практической ценности как коренной источник алмазов, а встреченные в них единичные находки алмаза недостаточны для объяснения степени алмазоносности прилегающей территории. Установленной считается лишь связь россыпей мезозойско-кайнозойского возраста с осадочными породами силура и девона, что подтверждается находками алмазов и минералов-спутников при непосредственном опробовании колчимской Sikl и такатинской Д? /с свит.
Заканчивая обзор ранее проведенных работ, следует остановиться на весьма существенных моментах, снижающих эффективность поисков, как коренных источников алмаза, так и погребенных россыпей.
1. Хотя плейстоценовые ледниковые и флювиогляциальные отложения давно описывались на территории района в некоторых отчетах [Колобянин, и др., 1993ф], роль ледников в формировании и преобразовании алмазных россыпей была незаслуженно обойдена вниманием. Транзитные минералы ультраосновных, основных и метаморфических пород, привнесенные ледником с Центрального хребта Урала, значительно искажают поисковую обстановку, образуя ложные геохимические и минералогические аномалии [Колобянин и др., 1993ф]. Так же должна быть переоценена роль ледниковых морен и участие гляциотектоники в образовании депрессионных россыпей алмазов.
2. Сравнительно недавно начали появляться работы [Anfilogov et al., 2000 и др.], изучающие роль надвиговой тектоники и сопровождающих ее преобразований осадочных пород, активно проявленных в регионе. Древние коры выветривания, образуя протрузион-ные тела между пластинами надвига, а так же, предположительно, сопровождающий этот процесс метасоматиты, вносили значительные искажения в поисковую геологию.
