Введение к работе
Актуальность исследований. К настоящему времени накоплен огромный материал по составу минералов, образующих включения в кристаллах алмаза и срастания с ними, а также слагающих алмазоносные породы, среди которых выделяются пиро-повые перидотиты, гранатовые пироксениты и эклогиты. Этот материал систематизирован в многочисленных публикациях (Соболев, 1974; Глубинные ксенолиты..., 1975; Соловьева и др., 1994; Буланова и др., 1993; Специус, Серенко, 1990; Гаранин и др., 1991; Геология и генезис..., 1989; Харькив, 1994; Jaques et al., 1986; Mantle xenoiiths, 1987; Meyer, Tsai, 1976), авторы которых разрабатывают концепции о генетической связи алмаза с глубинными гранат-клинопироксеновыми парагенезисами.
Многими геологами нодули алмазоносных пироповых перидотитов, гранатовых пироксенитов и эклогитов, содержащиеся в кимберлитах и лампроитах, рассматриваются как ксенолиты, отторгнутые от различных слоев верхней мантии (Глубинные ксенолиты..., 1975; Соболев, 1974; Уханов и др., 1988; Харькив, 1994). Вулканические аппараты кимберлитов и лампроитов в такой трактовке интерпретируются как своеобразные природные скважины, поставляющие на поверхность Земли образцы пород с различных горизонтов верхней мантии. При этом петрографическое разнообразие глубинных включений и вариации их относительной распространенности от трубки к трубке и от района к району объясняются с позиций неоднородности литосферной мантии б пределах кимберлитовых провинций (Уханов и др., 1988).
В последние годы детальными минералого-петрологичес-кими исследованиями алмазоносных пород (пироповых перидотитов, гранатовых пироксенитов и эклогитов), образующих включения в кимберлитах и лампроитах, выявлена их полифациаль-ная интрузивная природа (Маракушев, 1985; Маракушев и др., 1994; 1997).
Для доказательства этой концепции предпринято исследование алмазоносных пород по стадиям их формирования на различных уровнях глубинности, начиная с глубин алмазоносной мантии (по минеральным включениям в алмазе), на более высоких мантийных уровнях и в земной коре. Такой подход, составляющий основу диссертации, представляет современный аспект исследования не только алмазоносных, но и всех других магма-
тических пород, генетически связанных с мантийными магматическими очагами.
Цель исследований. Целью работы было изучение генезиса гранат-клинопироксеновых алмазоносных пород кимберлито-вых и лампроитовых трубок, выявление стадийности их образования и, в практическом аспекте, разработка минералого-петрологических критериев их отличия от пород, не содержащих алмаз (генетически связанных с мантийными очагами, расположенными за пределами алмазной фации глубинности).
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
-
Анализ состава минеральных включений (главным образом, граната и клинопироксена) в кристаллах алмаза из различных кимберлитовых и лампроитовых трубок.
-
Изучение петрографических и минералогических особенностей нодулей глубинных пород в кимберлитовых трубках, выделение типов нодулей;
-
Сопоставление состава гранатов и клинопироксенов, включенных в кристаллы алмаза и слагающих нодули мантийных пород,.в'том числе алмазоносных.
-
Оценка термодинамических условий образования серии гранат-клинопироксеновых включений в кристаллах алмаза и выявление их типоморфных особенностей.
.5. Изучение минеральных ассоциаций гранат-клинопироксеновых пород, образовавшихся за пределами алмазной фации глубинности.
Научная новизна работы. Впервые в мировой практике изучения гранат-клинопироксеновых пород алмазоносных трубок на обширном минералого-петрографическом материале была подтверждена их полифациальная природа, отражающая стадии их образования на различных уровнях мантии и в земной коре. На этой основе впервые получил освещение сложный генезис этих пород и раскрыта специфика их алмазоносное, связанная только с начальным этапом их формирования в алмазоносной мантии.
Основные защищаемые положения.
1. Устанавливается индикаторное значение гранат-клинопироксеновых пород, составы минералов в которых и фазовое соответствие (наклоны коннод на диаграммах) специфичны для эклогитов, гранатовых клинопироксенитов и пироповых пери-
дотитов. По этому критерию выделяются три типа магм, не связанных взаимопереходами, что отражает первичную расслоен-ность магматических очагов, в которых происходила кристаллизация алмаза.
-
Гранат-клинопироксеновая ассоциация в магматических очагах алмазной фации глубинности представляет собой котек-тику, температура которой (950-1250СС) понижается с увеличением парциального давления Н20 во флюидах.
-
Пслифациальность алмазоносных пород прослеживается во всех их типах - пироповых перидотитах, гранатовых пироксе-нитах и зклогитах, что доказывается сочетанием пиропов и хромшпинелей с различным содержанием хрома в пироповых перидотитах и клинопироксенов с различным содержанием калия в зклогитах и гранатовых пироксенитах.
4. Крайним проявлением полифациальности гранат-
клинопироксеновых пород в кимберлитовых трубках является
образование их плагиоклазовых разновидностей, которые тради
ционно относились к полностью коровым проявлениям. Однако
обнаружение в них клинопироксенов с содержанием до 0,5 мас.%
К20 указывает на ранний этап их кристаллизации в глубинных
мантийных очагах. Это объясняет находки алмаза в этих породах.
Практическая значимость работы. С позиций полифациальности алмазоносных пород объясняются находки алмаза в плагиоклазовых зклогитах, габбро, базальтах, а также в метаморфических породах складчатых комплексов. Показано, что алмаз и его минералы-спутники образуются только на начальной стадии формирования гранат-клинопироксеновых пород (в алмазоносной мантии), совмещаясь затем с низкобарными ассоциациями алмазоносных пород. Этим определяется особый подход к поисковым критериям алмазоносное пород, которая надежно устанавливается лишь на основе выявления их многоэтапного формирования на различных уровнях глубинности.
Фактическая основа и методы исследований. Фактическую основу работы составили данные исследований, выполненных автором в 1992-1997 гг. на каменном материале из трубок Удачная, Мир и Сытыканская. Исследовались нодули гранат-клинопироксеновых пород из кимберлитовых трубок Удачная и Мир, предоставленные В.К.Гараниным, Харамайского поля, предоставленные А.Ф. Черенковой, а также алмазоносные эклогиты
из коллекции АК "Алмазы России - Саха", предоставленные С.М.Безбородовым. Использованы опубликованные в литературе результаты детального изучения состава включений в кристаллах алмаза, выполненного Н.В.Соболевым с соавторами (1972, 1974, 1976, 1983), Г.П.Булановой с соавторами (1986, 1988 1993), J.Gurney et al. (1985, 1995) и M.Prinz et al. (1975).
В работе применялся комплекс минералого-петрографических методов, включающий в себя исследования структурно-текстурных особенностей пород, их минерального состава, парагенетический анализ, изучение зональности сосуществующих породообразующих минералов путем проведения топохимического профилирования, минералогическую геотермо-барометрию, оптическую спектроскопию. Оценки термодинамических параметров формирования гранат-клинопироксеновых парагенезисов производились с использованием согласованной системы термометров и барометров применительно к алмазной фации глубинности (Никитина, 1993), основанной на гранат-клинопироксеновом (Ellis, Green, 1979; Powell, 1S85) и гранат-ортопироксеновом (Аранович, Косякоза, 1989) равновесиях.
Выводы автора базируются на основе изучения около 150 нодулей из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции. Для них было выполнено более 1000 анализов минералов на растровых электронных микроскопах JSM-820 и Camscan с энерго-дисперсионным анализатором Link.
Апробация работы. Результаты исследований, положенные в основу диссертации, докладывались на Международном Геологическом Конгрессе в Пекине (1996), на чтениях памяти И.Ф.Трусовой (1995, 1996), организованных МГГА, на Всероссийской конференции по моделированию геологических систем и процессов в Перми (1996), на Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам (МГУ, 1995, 1996). По теме диссертации опубликовано 8 работ (3 статьи и 5 тезисов докладов на международных и всероссийских научных конференциях).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 168 страницах текста, который сопровождается 57 рисунками, 18 таблицами и списком литературы из 144 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность академику А.А.Маракушеву и доктору геолого-минералогических наук Г.П.Кудрявцевой за постоянную заботу, помощь и консультации при обсуждении различных вопросов, возникших при разработке темы диссертации. Автор также благодарен канд. геол.-мин. наук В.К.Гаранину за предоставленные материалы для исследования, консультации и большую помощь в процессе выполнения работы, А.Ф. Черенковой за предоставление образцов пи-роповых перидотитов из кимберлитов Харамайского поля.
На разных этапах работы автор обсуждал отдельные ее аспекты и пользовался консультациями Л.Л.Перчука, ИАЗотова, С.Б.Тальниковой, А.Ф.Черенковой, В.Г.Черенкова, Т.В.Посуховой, Е.Р.Васильевой, ДАВарламова. В фотографировании алмазоносных пород большая помощь была оказана М.А.Богомоловым. Всем им автор выражает глубокую признательность за ценные советы и замечания по существу работы.
Автор выражает особую благодарность заведующему лабораторией локальных методов исследования вещества МГУ Л.Б.Грановскому и ее сотрудникам Н.Н.Коротаевой и Е.В.Гусевой.
Символы минералов: АЬ - альбит, СРх - клинопироксен, Cm -корунд, Cs - коэсит, D -алмаз, G - графит, Gr - гранат, Jd -жадеит, Ку - кианит, 01 - оливин, ОРх - ортопироксен, PI - плагиоклаз, Q - кварц, Spl - хромшпинель.