Содержание к диссертации
Введение
1 Интрузивные и излившиеся пирокластиты Урала и Приуралья: петрография, морфология тел и минеральный состав 11
1.1. Петрографическая характеристика пирокластитов и связанных с ними пород 11
1.1.1. Пирокластические породы Полюдово-Колчимского поднятия 13
1.1.2. Пирокластические породы Пермяковской диатремы 19
1.1.3. Пирокластические породы Вятско-Камской впадины 44
1.1.4. Пирокластические породы среднего и нижнего течения Камы 48
1.1.5. Типизация пирокластитов и связанных с ними пород 50
1.2. Морфология тел эксплозивно-грязевых вулканических структур 52
1.2.1. Тела пирокластитовПолюдово-Колчимского поднятия 53
1.2.2. Тела пирокластитов Западно-Уральской зоны складчатости 80
1.2.3. Тела пирокластитов Вятско-Камской впадины 85
1.2.4. Тела пирокластитов среднего и нижнего течения р. Камы 88
1.2.5. Тектоно-фациальные типы эксплозивно-грязевых структур 89
1.3. Минеральный состав эксплозивно-грязевых образований 92
1.3.1. Минералы-индикаторы эксплозивной стадии 96
1.3.1.1. Индикаторы эксплозивного плавления 97
1.3.1.2. Индикаторы эксплозивных деформаций 120
1.3.2. Минералы-индикаторы грязево-гидротермальной стадии 121
1.3.2.1. Индикаторы степени трансформации пирокластического материала 123
1.3.2.2. Индикаторы состава флюидной фазы и характера растворов. 144
1.3.2.3. Индикаторы преобразования ксеногенного вещества 190
1.3.3. Интрузивные и изверженые пирокластиты как результат проявления но вых сред минералообразования 226
2. Природа пирокластитов Волго-Уральской субпровинции 231
2.1. Минералогические индикаторы природы пирокластитов 231
2.2. Петро- и геохимические индикаторы природы пирокластитов 235
2.3. Геотектонические индикаторы природы пирокластитов 247
3. Природа алмазов и барофильных минералов пирокластитов 270
3.1. Типоморфизм уральских алмазов и заключенных в нем минеральных включений 270
3.І.І.Алмаз 270
3.1.2. Минералы-включения в уральских алмазах 280
3.2. Типоморфизм барофильных минералов пирокластитов и щелочных базальтоидов 299
3.2.1. Минералы пирокластитов 300
3.2.2. Минералы щелочно-базальтоидных комплексов 335
Заключение 340
Список литературы 343
- Морфология тел эксплозивно-грязевых вулканических структур
- Минеральный состав эксплозивно-грязевых образований
- Петро- и геохимические индикаторы природы пирокластитов
- Типоморфизм барофильных минералов пирокластитов и щелочных базальтоидов
Введение к работе
Проблема коренных источников алмаза для Урала не нова. Попытки ее
^ решения предпринимались на протяжении 175 лет. До открытия кимберлито-
вых трубок в Якутии Урал был центром притяжения передовой геологической
мысли. Изучением уральских алмазов и выяснением их природы занимались
видные геологи и ученые: А.Е. Ферсман, А.А. Кухаренко, И.И. Шафрановский,
А.П. Буров, Ю.Д. Смирнов, Ю.Л. Орлов и др. Установленная промышленная
алмазоносность древних и современных отложений речных сетей надолго пре
допределила нацеленность поисковых работ на аллювиальные отложения, а за
тем на промежуточные коллекторы — такатинские конгломераты. Отношение к
этим образованиям как вторичным обусловило недостаточное внимание иссле-
\ф дователей, занимающихся изучением вещественного состава, поскольку корен-
ными источниками считались магматические породы — кимберлиты, а затем и лампроиты аналогичные австралийским. Изучение древних вулканитов щелоч-но-ультраосновного и щелочно-основного состава на Западном склоне Урала и их опробование, несмотря на отдельные находки алмазов, положительных результатов не дали.
Установление А.Я. Рыбальченко в 1996 г. по структурно-геологическим
признакам интрузивной природы алмазоносных пород, послужило толчком к
1ь комплексному изучению этих образований. Петрографические и минералогиче-
ские исследования подтвердили вулканичскую природу и связь с эксплозивны
ми процессами (Рыбальченко и др., 1997; Лукьянова и др., 1997; Чайковский,
1997). Последующими работами подобные интрузивные пирокластиты выявле
ны на всех россыпных месторождениях Северного и Среднего Урала, где про
водились ревизионные геологосъемочные, поисковые (ПГГСП "Геокарта",
ПГТП "Горнозаводскгеология") и тематические работы (ПТУ). Эксплозивно-
вулканическая природа была также установлена для мезозойских железоруд-
, ных месторождений Западно-Уральской зоны складчатости (Нельзин, 1993;
Чайковский, Нельзин, Савченко, 2003) и Верхнекамской впадины (Чайковский, Нельзин, 2003), разрабатываемых в 18-20 веках, также характеризующихся
присутствием барофильных минералов. Широкая распространенность алмазоносных и потенциально алмазоносных интрузивных и изверженных пирокла-
^ ститов на восточной окраине Восточно-Европейской платформы, принимаемых
ранее за гипергенные образования, выводит на первый план две актуальные проблемы. Первая состоит в необходимости их картирования, комплексного изучения для выявления их природы и выделения соответствующего петроком-плекса. Вторая проблема - это изучение их рудрносности с целью наращивания нераспределенного фонда высоколиквидного минерального сырья в Пермской области и создания инвестиционно привлекательных объектов.
Целью настоящей работы является восстановление мантийных, ко-рово-мантийных и коровых процессов, приведших к образованию как алмазов,
^ так и вмещающих их пирокластитов. Для этого решались следующие задачи: 1)
изучение типоморфизма уральских алмазов, минеральных включений в нем, его парагенетических спутников для реконструкции петрологических процессов алмазообразования; 2) выявление структуры и тектоно-фациальной зональности Волго-Уральской петрографической (и металологенической) провинции алмазоносных пирокластитов, связи с современным тепловым полем; 3) исследование минералогии и химизма пирокластитов для восстановления исходного состава магмы, вынесшей алмазы к земной поверхности; 4) изучение морфоло-
|| гии, внутреннего строения и взаимоотношения тел интрузивных пирокласти-
тов, их стадийности; 5) исследование петрографического состава вулканических и связанных с ними пород, сформированных из единой флюидно-магматической колонны, разработку классификации эксплозивно-вулканических пород; 6) изучение аутогенных минералов, отражающих эволюцию состава минералообразующих сред, их фазовый состав, характер литифи-кации, взаимодействие с породами и минералами вмещающей рамы.
Основой работы послужил материал, собранный автором с 1995 по 2003
*, год, в тесном сотрудничестве с геологами Мойвинской и Елизаветинской гео-
логосъемочных партий (ПГГСП "Геокарта"), а также собственных экспедиций, выполняемых в рамках двух государственных контрактов с Комитетом природ-
ных ресурсов по Пермской области (№№ 49/1995 и 10/2001). В полевой период проводились структурно-петрологические наблюдения и опробование, как на
^ проявлениях вулканизма Красновишерского района Северного Урала (Волын-
ка, Ефимовка, Илья-Вож, Чурочная, Дресвянка, Ишковский карьер, Северный Колчим, Светлый, Ябуровская, Золотанка, Акчимский лог), так и в Горнозаводском районе Среднего Урала (Полуденское, Крестовоздвиженское, Кладбищенское, Кусье-Александровское, Самаринский лог). На последних восьми проявлениях алмазов пирокластиты в коренном залегании установлены и диагностированы автором впервые (Чайковский. 1999; Чайковский и др. 2000; Чайковский, 2001; Чайковский, Логутов, 2003). Описывалась морфология тел, их фазовый состав, строение, взаимоотношения с вмещающими породами и тектониче-
tfc скими элементами. Кроме традиционных алмазоносных районов две команди-
ровки были проведены на территории Верхнекамской впадины для изучения мезозойских образований, выявления их золото- и алмазоносности в рамках программы "Интеграция" (руководитель проф. Б.М. Осовецкий).
Отобрано около 300 шлиховых концентратов объемом 10-50 литров, после доводки которых в бромоформе была изучена тяжелая и легкая фракция. Для 1111 СП "Геокарта" проводился также полный минералогический анализ с выделением монофракций типоморфных минералов керна скважин, вскрывших
^ Пермяковскую диатрему (более 80 проб), а для 111ГП "Горнозаводскгеология"
- из скважин и крупнообъемных шурфов на Самаринском логу (около 60 проб). Это позволило выделить несколько типоморфных групп минералов, отражающих гетерогенный состав пирокластитов.
Автором изучено более 200 петрографических шлифов из пирокластитов платформенной части, Северного и Среднего Урала.. Для типичных пород были выполнены силикатные анализы (20) в Центральной лаборатории ПГО "Урал-геология". Для выяснения природы карбонатов исследовался изотопный состав С и О (более 20 проб, аналитик О.С. Ветошкина ИГ КНЦ УрО РАН); с целью выявления минерального состава и политипов глинистых минералов проводился рентгеноструктурный анализ (более 25 проб, аналитик В.Г. Шлыков, МГУ),
^1
*
для установления состава флюидной фазы в отдельных минералах и породах использовался газовый хроматографический анализ (16 проб, аналитик С.Н. Шанина, ИГ КНЦ УрО РАН). Основное внимание было уделено изучению ти-похимизма минералов, для чего было выполнено более 700 микрозондовых анализов (В.Н. Ослоповских, УПТА, В.Н.Филиппов, ИГ КНЦ УрО РАН). Кроме того, привлекался и обрабатывался предоставленный геологами ПГГСП "Геокарта" огромный аналитический материал, выполненный для них во ВСЕ-ГЕИ (Л.И. Лукьянова), ИГЕМ (В.А. Кононова), ВНИИ Океангеология (В.В. Жуков), МЕХАНОБРе (Ю.Л. Крецер, Н.С. Рудашевский), ООО "Вита" (В.А. Езерский) и др. Это более 3000 микрозондовых анализов минералов и более 500 силикатных рентгеноспектральных, нейтронно-активационных и реттенофлуо-ресцентных анализов на породообразующие и редкоземельные элементы. На защиту выносятся следующие защищаемые положения:
Интрузивные и изверженные пирокластиты Урала и Приуралья и связанные с ними образования являются новыми эндогенными породами, формирующимися в эксплозивную и грифонную стадии из газово-пепловой и водно-пепловой взвесей.
Пирокластиты формируются вдоль трех серповидных зон сжатия в пределах Волго-Уральского нуклеара и по химическому составу и тектоническому положению наиболее близки к высокоглиноземистым низкотитанистым лам-проитам характерным для коллизионных областей.
Алмазы и барофильные минералы пирокластитов являются ксеногенными фазами. Первые формировались на ранней стадии развития Земли в процессе конвективных движений в астеносфере, вторые образовались в астеносферном выступе в основании рифей-вендской рифтовой структуры.
В решении проблемы алмазоносных пирокластитов автором было впервые высказ,ан^ и о^рснованр следующие:
1. Показаны роль мантийно|і конвекции в фррмиорв^нии уральских алмазов, их древность и формирование на ранней стадии развития Земли. По включениям восстановлены последовательность и состав формирующихся мине-
ральных фаз при частичном рестировании подымающихся мантийных масс.
Выявлен новый тип сингенетических включений в алмазе.
(^ 2. Предложена модель формирования очагов высокоглиноземистой лам-
проитовой (?) магмы, учитывающая тектоническое строение территории, струк
туры современного теплового поля, особенностей химизма пирокластитов и со
держания индикаторных минералов.
і 3. Восстановлена последовательность становления пирокластитов, обу-
словленная дифференциацией флюидно-магматической колонны по динамической вязкости.
4. Предложена типизация тел и пород, сформированных из производных
предельно обогащенной газами магмы. Показана специфика эксплозивных
Ф структур уральского типа, обусловленная синколлизионной природой станов-
ления.
5. Проведена минералого-генетическая типизация пород — производных
алмазоносной магмы в зависимости от степени гидролизного преобразования и
реакции вмещающей рамы. На основе морфологии аутигенных материалов вос
становлен характер течения и последующей литификации водно-
пирокластической смеси. Прослежена эволюция минерального состава и поли
типов глинистых минералов в процессе течения и преобразования газово
зі пепловой и водно-пепловой взвесей.
Практическая значимость и реализация результатов работы определяется следующими положениями: 1) выявлены структурные и вещественные признаки, позволяющие диагностировать тела интрузивных пирокластитов, а также разработана структура фациальных взаимоотношений флюидно-магматических образований, позволяющая использовать ее при геологическом картировании; 2) изучение минерального состава пирокластитов показало, что они наряду с алмазами содержат целый комплекс минералов, представляющих промышленный интерес в случае комплексной разработки: самородное золото, металлы платиновой группы, редкоземельные минералы, агаты, каолиновые глины, бурожелезняковые руды.
Тематическое исследования, положенные в основу диссертации, прово
дились в соответствии с программой Комитета природных ресурсов по Перм-
,-); ской области на 1995-2003 г.: 1) «Прогнозно-ревизионные исследования мине-
рагении коренной алмазоносности лампроитового типа не территории Пермской области» Госконтракт 49/95 (1995-2000); 2) «Структура фациальных и формационных взаимоотношений флюидно-магматических образований Пермской области: Легенда пермской серии листов государственной геологической карты РФ масштаба 1:200 000» Госконтракт 10/2001 (1999-2003).
Соискателем опубликовано 85 научных работ, 52 посвящены теме дис
сертации. Из этих работ две монографии, 3 в центральной печати, остальные
имеют региональный статус.
ф Результаты исследований обсуждены на 27 конференциях, чтениях и со-
вещаниях, посвященных разным проблемам.
Вопросы алмазоносности докладывались на всероссийских и междуна
родных конференциях «Алмазоносность Европейского Севера России» г. Сык
тывкар, 1993; «Золото, платина и алмазы Республики Коми и сопредельных ре
гионов», Сыктывкар: 1998; «Прогнозирование и поиски коренных алмазных
месторождений», Симферополь, 1999; «Алмазы и алмазоносность Тимано-
Уральского региона» Сыктывкар, 2001; «Актуальные проблемы геологической
ф отрасли АК «АЛРОСА» и научно-методическое обеспечение их решений»,
Мирный 2003; «Углерод», Сыктывкар. 2003; "Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее" Санкт-Петербург, 2004.
-і
Проблемы минералогии пирокластитов обсуждались на II, III и IV региональных совещаниях Института минералогии УрО РАН «Минералогия Урала», Миасс, 1990, 1998,2003 г.
Вопросы петрологии докладывались на Всероссийском совещании «Гра-нитоидные вулкано-плутонические ассоциации» Сыктывкар, 1997; VI Ураль-ском петрографическом совещании, Екатеринбург, 1997; региональной научной конференции «Проблемы петрогенезиса и рудообразования», Екатеринбург,
1998; XIII Геологическом съезде Республики Коми, Сыктывкар, 1999; II Всероссийском петрографическом совещании, Сыктывкар, 2000; II Всерос. симп по
Щ) вулканологии и палеовулканологии «Вулканизм и геодинамика», Екатеринбург,
2003.
Отдельные вопросы обсуждались на ежегодных региональных научно-практических конференциях «Геология и полезные ископаемые Западного Урала», Пермь (1997-2004), а также научных чтениях памяти П.Н. Чирвинского (1999-2004).
Личный вклад автора в получении научных результатов, изложенных в диссертационной работе, выражается в его участии в период с 1995 по 2003 г в полевых экспедиционных и тематических научно-исследовательских работах в
Щ* качестве руководителя или ответственного исполнителя тем. Все материалы
исследований, положенные в основу диссертации, обработаны автором. Все результаты и выводы получены им самостоятельно. Материалы, представленные в данной работе без библиографических ссылок, принадлежат автору.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав соответствующих
защищаемым положениям, заключения и библиографического списка, содер
жащего 258 наименований. Общий объем диссертации - страниц, включая
177 рисунков и 37 таблиц.
Ф Я искренне признателен профессору Ф.А. Курбацкой, и геологам Комите-
та природных ресурсов и ПГГСП "Геокарта" В.А. Кириллову, Г.Г. Морозову, предложивших заняться минералогией и петрографией алмазных месторождений и тем самым предопределивших мое становление как геолога-алмазника.
Автор благодарен заведующему кафедры минералогии и петрографии профессору Б.М. Осовецкому за чуткое отношение к проводимым исследованиям, докторам наук Л.В. Махлаеву, Г.С. Фон-дер-Флаассу, Л.Н. Шарпенок, Ю.В. Шурубору, Р.Г. Ибламинову, В.В. Мурзину, А.И. Кудряшову, кандидатам наук
N В.И. Силаеву, Г.В. Лебедеву, Л.И. Лукьяновой, К.П. Казымову, А.Ю. Кисину за
обсуждение и конструктивную критику отдельных вопросов, пермским геологам В.Я. Алексееву, И.П. Тетерину, Л.П. Нельзину, В.Р. Остроумову, С.Н. Пе-
тухову, П.М. Пачину, Б.В. Маслову, А.И. Козлову, СВ. Савченко, А.Я. Рыбаль
ченко, Т.М. Рыбальченко, СБ. Суслову за помощь в проведении полевых работ
i^ и общение, которые способствовали формированию защищаемых представле-
ний.
Свою благодарность автор также выражает В.Н. Филиппову, В.Г. Шлыкову, В.Н. Ослоповских за выполнение аналитических работ, а также В.А. Кононовой, А.Б. Макееву, В.Р. Остроумову, В.В. Жукову, Л.И. Лукьяновой, В.А. Езерскому, И.А. Малахову, СВ. Бушариной, чьи аналитические данные были использованы в работе.
#
#
*
Морфология тел эксплозивно-грязевых вулканических структур
Пирокластиты, выявленные в приплотиковых частях алмазных месторождений Урала, слагают тела разнообразной формы протяженностью от первых метров до полутора километров. Первые установленные тела были диагностированы А.Я. Рыбальченко и др. (1996, 1997) как субпластовые, столбо- и грибо образные, линзы, дайковые и жильные подводящие каналы, зоны линейных штокверков и "лежачие диатремы", которые образуют скопления в виде ожерелья окаймляющие Полюдово-Колчимское поднятие. Позднее (Рыбальченко, 1999), Полюдово-Колчимский рудный район был сопоставлен с кольцевой флюидизатно-эксплозивной структурой уральского типа, связанной с "горст-антиклинальным поднятием штампового характера формирующемся на фоне рифтогенной активизации. С рифтогенезом (Рыбальченко, 2000) связывается и образование "субпластовых и дайково-жильных тел туффизитов, систем многоэтажных силлов с подводящими каналами, взрывных кальдер маарового типа", Щ выделеных в платформенной части (Вятско-Камская впадина). Геологическое картирование масштаба 1:50000 выполненное ПГТСП "Геокарта" позволило показать, что туффизиты локализованы в узлах пересечения слоистости (нередко осложненной согласными надвигами) с поперечными разломами северо-восточного простирания, а наиболее крупные тела локализованы среди пород палеозойского структурного этажа (рис. 1.22, 1.23). Выполненные нами работы позволили описать морфологию и строение некоторых тел, как на Урале, так и в Приуралье (Чайковский, 1997; Чайков j ский, Логутов, 2003; Чайковский и др., 2003), выявить новые и провести их ти пизацию. Приподнятость Полюдово-Колчимского поднятия относительно соседних структур обусловило более значительный эрозионный срез и преимущественно интрузивную форму локализации пирокластитов. В качестве главного признака для типизации этих тел был использован их вещественный состав как индика к, тор фазового состава внедряющегося материала. Выделены три группы: сфор мировавшиеся при внедрении газовой и газово-пепловои взвесей, водно пеплового раствора, а также при миграции связанных с ними гидротерм (табл. 1.1). представлены различными полостями, зонами дезинтеграции и транспортировки. Полости характерны для терригенных пород, характеризующихся большей пористостью по сравнению с карбонатными толщами. Они могут иметь разнообразные формы. Это криволинейные, напоминающие ходы червей, и конусовидные каналы, галтовочные камеры, рубцованные поверхности, послойные и Х-образные полости (рис. 1.24—1.29). На их поверхности кварцевые зерна часто регенерированы в плотную корочку, а сами полости иногда выполнены тонкодиспесными сульфидами или измененным пепловым материалом, что может отражать присутствие парообразной воды, вызвавшей перекристаллизацию, сероводорода и пепловой взвеси. Образование этих тел свидетельствует о миграции флюидов, оказывающих как сверлящее, так и раскрывающее действие (кливажные трещины, отдельные камеры), вероятно, за счет расширения газов.
Зоны грануляции характерны для терригенных пород. Они развиты в зальбандах различных трещин (рис. 1.30). Вмещающие песчаники по бокам трещин превращаются при этом в гравелиты. Наиболее значительным проявлением грануляции является "замещение" целых слоев пластами псевдоконгломератов: песчаники превращаются в слой плотно «упакованных» эллипсовидных будин кварцита, сцементированных менее плотным песчаником с незначительной туфовой составляющей (рис. 1.32). Их локализация в принадвиговых зонах может говорить о синнадвиговом поступлении газово-пеплового материала.
За счет известняков и доломитов в приразломных участках формируются пластовые тела брекчий с реликтами исходных пород, сцементированных карбонатным ксенотуффизитом (рис. 1.33). Увеличение количества криноидных сегментов и углеродистого вещества в цементе в 4-5 раз по сравнению с их содержанием в неизмененных известняках свидетельствует о накоплении в результате частичного выноса карбоната. Углеродизированный туфовый матери ал проникал даже в каналы колониальных кораллов. Этот факт отражает инъ-екционно-замещающий характер брекчирования. Наряду с внутрислойными обломочными породами отмечаются обычные линзы и пласты брекчий с ксено-туффизитовым цементом, локализованные в плоскости самого надвига (рис. 1.31).
Значительно чаще тела сложены материалом, претерпевшем транспортировку в флюидизированном состоянии, что сказывается на внутреннем строении и взаимоотношении с вмещающей рамой. Границы с вмещающими породами обычно нерезкие, плавные. Такие образования хорошо видны в том случае, когда они отличаются от вмещающих пород по составу и гранулометрии. Подобные инъекции могут иметь самые различные формы. Неправильные очертания характерны для тел, морфология которых предопределяется плоскостями слоистости, отдельности или кливажа (рис. 1.34). Параллельные контакты и линейная форма свойственны жилам и валунным дайкам ксенотуффизитов (рис. 1.35). Неправильные тела и жилы имеют простое строение, что может отражать их формирование в результате отдельных взрывных прорывов газовых струй. Валунным дайкам присуще симметричное распределение обломков (крупные в центре, мелкие по краям), что свидетельствует о продолжительных газово-пепловых продувках с проявившейся латеральной дифференциацией и окатыванием (галтовкой) фрагментов вмещающих пород. Для них характерно сочетание «арочной» и центриклинальной отдельности.
Линейно-куполовидные тела ксенотуффизитов с параллельным контактам распределением обломков осадочных пород и полосчатостью отражают относительно спокойный подъем газово-пеплового материала вдоль ослабленных зон с растворением и дезинтеграцией кровли и растеканием фронтальной части.
Необычный характер дифференциации проявился в одном мощном (более десятка метров) дайкообразном теле. Оно разбито трещинами отдельности на блоки, внутри которых проявлена ритмическая зональность обусловленная неравномерным ксеногенной песчаной и глинистой (апопепловой) составляющих (рис. 1.36). Несмотря на внешнее сходство с кольцами Лизеганга, формирую щимися за счет постлитификационного распределения красящегося вещества, разделение этих фаз трудно объяснить эпигенетическими процессами. Вероят ф но, проявившееся расслоение вещества в описываемых туффизитах обусловле но исходно высокой водонасыщенностью, вызвавшей механическую дифференциацию гетерогенного материала. Возможной причиной образования зональности могло явиться последовательное (от периферии к центру) обезвоживание внутренней части блоков, и ритмичное отложение (кольматация) на стенках глинистого апопеплового материала.
Силловидные тела туффизитов и ксенотуффизитов с полосчатым строением, установленные вдоль крупных формационных границ, могут свидетельствовать о почти ламинарном горизонтальном растекании флюидов с ксеноген tfr ной взвесью. Полосы различаются по содержанию туфового (глинистого) мате риала и соответственно имеют различную вязкость. Нередко пластичные слои загнуты, а в более богатых ксеногенным (песчаным) материалом проявляется неярко выраженная гранулометрическая сортировка. В пределах этих тел отмечены зоны, обогащенные субвертикальными полыми каналами протяженностью 20-50 см, диаметром 3—5 мм (рис. 1.37). Они говорят о дегазации флюи-дизированного материала после прекращения его движения.
Наиболее крупными телами на алмазных месторождениях являются зоныЩ приповерхностной дезинтеграции, имеющими обычно относительно крутое па дение (рис. 1.38). Наличие в них субгоризонтальной полосчатости, обусловленной чередованием слоев дезинтегрированного песка, щебня (ксенофлюидизита) с более глинизированными (ксенотуффизитовыми) прослоями (мощностью 1-10 см), может свидетельствовать об усадке вспененного в процессе флюидиза-ции материала и отжимания подвижной (водно-)туфовой составляющей в плоскости отслаивания. Подобное строение говорит о том, что газово-пеплово-ксеногенная взвесь в телах относительно крутого падения не изливалась на по верхность, а уплотнялась сразу в линейно-воронкообразных зонах. Наличиефрагментов эксплозивных структур, сложенных песчаным материалом с субгоризонтальной и косой слоистостью за счет примеси вулканокластики, можетговорить о растекании флюидизированной ксеногенно-пеплово-газовой взвеси при ее выходе на поверхность. Чаще же такие тела имеют полосчато ф) линзовидный рисунок с "загибами" и "водоворотами" отдельных прослоев(рис. 1.39), что свидетельствует о пульсационно-струйчатом характере течения и перемешивания песчано-пепловой взвеси.
Ксенолиты кварцитопесчаников, находящиеся в песчано-пепловом материале приповерхностных зон дезинтеграции, подвержены двум типам (макро- и микро) дробления. На макро уровне это проявлено в образовании обломков плитчатой, блоковой и ромбоэдрической формы (за счет деформаций отрыва) или раковинно-образными фрагментами (за счет деформаций скалывания) (рис. 1.40). Нередко сегменты разрознены, и пространство между ними выпол Ф нено песчано-пирокластическим материалом. На микро уровне дезинтеграцияпроявлена в превращении обломков кварцитопесчаников, нередко остроугольной формы, в песок, который легко режется ножом. Подобное отражает не только пассивную транспортировку ксенолитов осадочных пород, но их межзерновую
Минеральный состав эксплозивно-грязевых образований
В пирокластитах Северного Урала зафиксирована разнообразная гамма шлаковидных частиц, сферул и связанных с ними минералов, возникших при эксплозивных процессах. Незначительные объемы данных фаз могут говорить о малых объемах вещества, преобразованного, вероятно, только на фронте ударной волны. По происхождению они разделены на три группы: - продукты прямого плавления (цирконий-содержащее стекло, фосфатные апоорганические сферулы); - производные расщепления на тугоплавкий рестит (Ті-корунд, Hf-Fe ин-терметаллид, муассанит, корунд, Si-Al-Ca стекла) и легкоплавкий конденсат (Fe-Mni шлаковидные частицы и сферулы, иоцит, Mn-армолколиты, Мп-ильмениты, хромшпинелиды и самородное Fe); -ФЬ - дифференциаты отжига в газовой струе (ванадиевые интерметаллиды). Несмотря на закаленный характер шлаковых частиц и их пористость, которые отражают чрезвычайно быстрое застывание, в них происходит дифференциация и обособление оксидов в виде скелетных кристаллов. Довольно однородный состав сферул иоцита и процессы рафинирования, установленные в ванадиевых шариках, позволяют считать, что преобразование конденсированных металлических фаз продолжается в восстановительном (угарно-метановом) газовом потоке. Плавление рутила, циркона, ванадия свидетельствует о том, Ц что на отдельных участках проявления ударной волны температура достигает аномальных (свыше 1800С) значений. О взрывных процессах наряду с новообразованными фазами свидетельст вуют осколки и так называемые планарные деформации зерен. Чаще всего та кими индикаторами являются распространенные зерна ксеногенных минералов, особенно кварца. , Плоскостные (планарные) деформации в зернах кластогенного кварца из алмазоносных пирокластитов зафиксированы как в шлифах (Т.М Рыбаль-ченко, 1997), так и в легкой фракции шлиховых проб (Чайковский, 1999). Не редко дефекты выполнены тонкодисперсными сульфидами железа, которые постепенно перекристаллизовываются в пинакоидальные индивиды пирротина, выходящие за границы кварцевого зерна, или замещаются баритом (рис. 1.75). Развитие сульфидов железа и барита по плоскостным трещинам отражает процессы дробления (действие ударной волны), после которых начинается рост гидротермальных минералов.
Индикаторами дробления могут служить остроугольные зерна кварца, на вершины которых нередко нарастают сферулы олигонита. На недеформиро-ванных песчинках подобные индивиды железо-марганцевого карбоната зафиксированы не были. Такие срастания широко развиты в хлоритовых ксенотуфах р.Илья-Вож. Вероятно, при дроблении на поверхности осколков кварцевых зерен появляется заряд, превращая их в активные затравки для формирующегося аутигенного карбоната.
Пепловые и лапиллиевые частицы также отражают фрагментацию магма-тогенного вещества при взрывообразном вскипании флюидорасплава.
Таким образом, в пирокластитах Западного склона Среднего и Северного Урала нами выявлены разнообразные минералы и минеральные фазы, которые по ряду признаков, установленных экспериментально А.Н. Дреминым и О.Н. Бреусовым (1971), могут интерпретироваться как результат воздействия ударной волны на различные твердые вещества. Это хрупкие и планарные дислокации в зернах ксеногенных минералов и новообразованные фазы, сформировавшиеся при плавлении и конденсации из высокотемпературной газовой, вероятно, плазменной фазы.
Наряду с мантийными, метаморфическими и ксеногенными фазами в эксплозивных структурах Урала присутствуют минералы, отражающие степень трансформации пирокластического материала и эволюцию флюидной фазы, а также реакционные и ремобилизованные соединения, свидетельствующие о ге терогенности минералообразующей системы (Чайковский, 2001; 2003;Чайковский и др., 2003).
Геологическими методами было установлено (Чайковский. 1999), что в более глубоко эродированных телах основным породообразующим минералом является хлорит, а в слабо эродированных — минералы из группы гидро слюды (смектиты, гидрослюда, иллит). Подобная вертикальная зональность схожа с профилем коры выветривания. Однако ассоциация хлорита с карбонатами железа (сидерит и олигонит), а глинистых (калий-содержащих) минералов с сульфидами (и гидроксидами) железа позволяет связывать их с минеральными фациями преобразования пирокластики во флюидно-магматической колонне.
Минералы из группы хлоритов являются породообразующими для туфов и ксенотуфов, залегающих в основном среди докембрийских пород. Они характерны для интрузивных пирокластитов рек Илья-Вож и Чурочная. Реже фиксируется в виде реликтов в составе кварц-сульфидных прожилков среди туффизи-тов гидрослюдистого состава (Ефимовка) (табл. 1.10). Для породообразующего хлорита характерно относительно низкое значение железистости (0,57-0,74), а для прожилкового - повышенное (0,82).
На диаграмме М. Хея (рис. 1.76) породообразующие хлориты из алмазоносных пирокластитов образуют непрерывный тренд от более кремниевых диа-бантитов р. Илья-Вож к глиноземистым пикнохлорит-брунсвигит-рипидолитам р. Чурочной. Минералы р. Ефимовки занимают промежуточное положение. Хлориты обычно сохраняют первичное соотношение железа и магния, характерное для породы, по которой они развиваются, и поэтому являются индикаторными. Они замещают магматиты от ультраосновных до кислых, при этом их состав эволюционирует от магнезиального и кремниевого тальк-хлорита и пен-нина к железистому и глиноземистому брунсвигиту. Положение минералов из
Петро- и геохимические индикаторы природы пирокластитов
Для выяснения исходного состава пирокластитов использовались как опубликованные (Лукьянова и др., 2000; Чайковский и др., 2003), так и неопубликованные анализы В.Р. Остроумова и Ш 1 СП «Геокарта» (табл. 2.2-2.4).
Петрогенные окислыХимический состав уральских пирокластитов и, в частности, обедненность мафическими компонентами и обогащенность сиалическими, не позволяют прямо сопоставлять их с известными алмазоносными кимберлитами и лампрои-тами. Для качественной характеристики распределения петрогенных оксидов в вулканических образованиях, составы пород нормировались к среднему содержанию окислов в кимберлитах (Далдынское поле, Якутия (Орлов и др., 1991)).
На графиках различных эталонных объектов видны постепенные измене ния химического состава — от якутских образований к зимнебережным и далее к австралийским и испанским лампроитам (рис. 2.3). «Исходная» кимберлито вая кривая начинает наклоняться в левую сторону при переходе к зимнебереж ным и австралийским породам. Затем она приобретает вид ломаной линии (для испанских магматитов). Это происходит за счет «выноса» Na и особенно мафи ческих Mg Са, а также «накопления» сиалических элементов: Si, А1, Ті, Р и К. Испанские лампроиты по сравнению с австралийскими существенно обогаще ны Na, К, А1 и обеднены Ті. Минералогически эта «эволюция» проявляется в смене серпентинит-кальцитового цемента якутских кимберлитов монтморилло нит-сапонитовым архангельских вулканитов. Оливин-флогопит-лейцитовая ас социация австралийских лампроитов сменяется флогопит щелочнополевошпатовой — в испанских породах. Графики нормированных составов среднетиманских (Умбинское поле (Мальков, Холопова, 1995)) и среднеуральских (г. Благодать (материалы A.M. Зильбермана)) кимберлитоподобных пород конформны с кривыми кимберлитов Зимнего Берега. Однако они несколько обеднены Na, Са, Mg и обогащены А1 по сравнению с ними, что дает основание говорить о некотором сходстве урало-тиманских образований с австралийскими лампроитами.
Характер распределения оксидов в алмазоносных пирокластитах Полюдо-во-Колчимского поднятия, а также вулканитах Пермяковской диатремы и верхнекамской впадины наиболее близок лампроитам Испании, отличаясь лишь меньшим содержанием Са, Mg и Р (рис. 2.4). Аналогичные кривые характерны для алмазоносных «филлитов» Бразилии. Все эти образования, особенно бразильские, отличаются от испанских лампроитов (орендитов провинции Мурсия) несколько большей глиноземистостью.
Ключом к объяснению Са-, Mg- и Р-минимумов может служить сопоставление магматической и пирокластической разностей лампрофировой магмы, проявившейся на Южном Урале (Шеинский карьер). Графики нормированных химических составов лампрофиров Шеинского карьера конформны ломаной линии лампроитов Испании. Кроме того, на них видно существенное обеднение пирокластических разностей по сравнению с магматическими магнием, кальцием, фосфором и их обогащение кремнием и алюминием.
Кривая распределения, фиксируемая в вулканитах Северного и Южного Урала, Среднего Тимана и Бразилии, вероятно, является «пирокластической» разновидностью менее контрастного спектра высокоглиноземистых низкотитанистых лампроитов Испании. Таким образом, на Западном Урале и Тимане могут быть выделены две группы пород:- кимберлитоподобные (Умбинские, Благодатские), занимающие промежуточное положение между зимнебережскими кимберлитами и австралийскими лампроитами;- лампроитовые образования (Полюдово-Колчимское поднятие, Пермяков-ская диатрема, Верхнекамская впадина, Шеинский карьер), близкие орен-дитам Испании (и «филлитам» Бразилии).
И кимберлитовые, и лампроитовые вулканиты Урала и Тимана характеризуются повышенной глиноземистостью и близкой направленностью дифферен циации (рис. 2.5), что, вероятно, отражает схожий состав мантийного субстрата как для одних, так и для других расплавов.
По обогащенности алюминием комплексы, близкие лампроитам, могут быть ранжированы в следующей последовательности: Шеинские лампрофиры - алмазоносные пирокластиты Северного Урала - алмазоносные «филлиты» Бразилии. Для кимберлитовых вулканитов содержание AI2O3 увеличивается от Умбинских пород (Ср. Тиман) к Благодатским (Ср. Урал). Любопытно, что с ростом глиноземистости от одного комплекса к другому возрастает и перспективность в отношении алмазоносности. Так, среди кимберлитовых комплексов находки алмазов известны в вулкане г. Благодать. В предполагаемых производных лампроитовой серии кристаллы установлены в пирокластитах Урала и Бразилии. Первые интересны в промышленном отношении после их элювиально-аллювиального преобразования, а вторые сами являлись объектом эксплуатации.«Малые» элементы
Нормирование содержаний в различных лампроитовых породах к таковым в слюдистых кимберлитах позволило их графически сравнить между собой. Лампрофиры Шеинского карьера по характеру распределения близкий к фло-гопитовым лампроитам Испании (рис.2.6). Пирокластические же разности, несмотря на относительную конформность, оказались существенно обеднены практически всеми элементами по сравнению с магматическими. Такой же «истощенный» спектр малых элементов демонстрируют алмазоносные пирокластиты Полюдово-Колчимского поднятия.
Следовательно, можно предполагать, что по характеру распределения как /. петрогенных оксидов, так и некогерентных элементов, породы Шеинского карьера и Северного Урала сродни лампроитам Испании. Пирокластические же аналоги по сравнению с исходными расплавами существенно обеднены Zr, Rb, Ва, Nb, Sr, Cr, U и Th, что может отражать их вынос в процессе взаимодействия вулканического пепла с флюидной фазой.
Типоморфизм барофильных минералов пирокластитов и щелочных базальтоидов
Положительный опыт поиска кимберлитовых тел по высокохромистым мантийным минералам (гранатам, хромшпинелидам, пикроильменитам и др.) полученный на Сибирской платформе, предопределил пристальное внимание к ним и уральских геологов-поисковиков. Высокое содержание в них хрома интерпретировалось как признак кристаллизации в условиях алмазной фации и соответственно объекты их содержащие (россыпи и коренные породы, называемые промежуточными коллекторами) выделялись как потенциально алмазоносные. Однако в большинстве случаев таких минералов нет, а если и есть, то их химический состав отличается от алмазных включений (Чайковский, 2001). Более того, "узники" алмаза в самих россыпях и интрузивных пирокластитах не встречаются, что позволяет считать их разорванными во времени и связанными с различными фациальными и геодинамическими обстановками. Попытка восстановить петрологические и тектонические условия формирования этих "спутников", оказавшихся не парагенетическими, а парастерическими основана на типохимизме фаз из алмазоносных пирокластитов и щелочно-основных вулканитов западного склона Среднего, Северного Урала и Приуралья.
Хромистые гранаты — индикаторы ультраосновного магматизма давно привлекали к себе внимание уральских геологов-поисковиков. Однако кнор-рингитовые пиропы встречены только на нескольких алмазных месторождениях Северного Урала (Болыпе-Колчимский карьер, Ефимовка, Сырая Волынка и др.). На Среднем Урале они отмечены пока только в виде единичных зерен. Кроме хромистых (фиолетовых и лиловых) в россыпях основного алмазоносного района и за его пределами часто попадаются розовые и оранжевые гранаты, которые относились к перидотитовому и эклогитовому парагенезисам, а для большей части предполагалась метаморфическая природа (Малахов, Зильбер-ман, Чернышова, 1980; Малахов, 1983; Чайковский, 1988; Казымов, Чайковский, 1993).
В настоящее время накоплено более 400 микрозондовых анализов гранатов (из коллекций 1111 СП «Геокарта», «Вишерагеология», В.Р. Остроумова, В.А. Езерского, Е. Н. Черепанова, И.А. Малахова и автора) с месторождений
Полюдово-Колчимского поднятия, большая часть которых извлечена из интрузивных пирокластитов. По особенностям своего состава они отнесены к трем крупным группам.
В первую группу входят гранаты фиолетового, лилового и красного цвета, представленные крупными (1-2 мм и более) эллипсовидными зернами и их часто корродированными обломками (рис. . Они имеют примесь Сг20з (1,02-12,29 мас.%) и незначительную железистость (f от 0,1 до 0,2).
Гранаты второй группы представлены оранжевыми, мутно-оранжевыми и реже розовато-желтыми пиропами с Ефимовки (рис. 3.15) и Болыпеколчимско-го карьера. Они встречаются в пробах только в ассоциации с высокохромистыми гранатами первой группы и очень редко без них (Дресвяная Степь). Это в основном уплощенные осколки, близкие к кубоиду, поверхность которых часто осложнена остро-бугорчатым и черепитчатым (коррозионным) рельефом. Они характеризуются высокой магнезиальностью (f== 0-0,3), но бедны хромом (0-1,91 мас.% Сг203).
К третьей, наиболее многочисленной, группе относятся гранаты розового, оранжево-розового и оранжевого цвета. Они представлены обломками часто кубоидной формы (рис. 3.16) , реже — кристаллами. Судя по ряду найденных индивидов, на которых зафиксированы плоские полости растворения, параллельные псевдограням, кубоиды являются результатом избирательной коррозии по ослабленным зонам, а не предельного растворения, как считалось ранее (Афанасьев, Харькив, Велик, 1976). По составу они отвечают альмандинам, альмандин-спессартинам и спессартинам метаморфической природы. Аналогичные железистые и марганцевые гранаты описаны в кимберлитах Архангельской провинции, что позволяет предполагать их заимствование из нижележащих толщ континентальной коры (Архангельская..., 1999). Наличие на мета-морфогенных гранатах коррозионного рельефа и кубоидная отдельность позволяют использовать эти особенности как поисковый признак химически агрессивной среды (кимберлитовой или флюидно-пирокластической).
Рис. При изучении гранатов использовались как общепринятые (Соболев, 1974), так и оригинальные диаграммы (Чайковский, 2001). На диаграмме Al-f (рис. 3.17) гранаты первой группы хорошо выделяются по ярко проявленному изоморфизму А1 - Сг и низкому f (0,1-0,2). Железистость кноррингитовых пиропов первой группы ниже, чем верхнее значение (0,3) для гранатов из оливинсодержащих пород Якутской провинции (Соболев, 1974).
Соотношение СаО-СггОз позволяет не только фиксировать проявившееся в мантии деплетирование от лерцолитов к гарцбургитам и дунитам, но и, как нам представляется, судить о глубинности вынесенного кимберлитами субстрата (рис. 3.19). Так, гранаты лерцолитового парагенезиса трубки Обнаженная локализованы в наиболее низкохромистой и низкокалыщевой области. По А.В. Уханову и др. (1988) они формировались на глубинах, отвечающих 0,8-2,6 ГПа. В область более богатых Сг2Оз и СаО лерцолитов попадают пиропы из трубки Мир, которые кристаллизовались при давлении 2,3-3,9 ГПа. Содержание этих компонентов еще больше в минералах из лерцолитов трубки Айхал — самой богатой глубинными и истощенными ксенолитами ультраосновного состава.
Хромистые пиропы из пирокластитов Вишерского Урала по вариации содержаний СаО и Сг20з полностью перекрывают поля гранатов из перидотито-вых ксенолитов трубок Мир и Айхал, что может говорить об их формировании на глубинах от 20 до 120 км и более. Вероятно, в магматическом очаге более поздних пирокластитов был совмещен мантийный материал с различных глубин.
Нацеленность исследователей на выявление хромистых пиропов ультраосновного парагенезиса привела к тому, что другие гранаты в качестве поискового признака не рассматривались. Однако и в алмазах и в алмазоносных ксенолитах встречаются оранжевые гранаты, кристаллизующиеся из расплава основного состава. Для типизации эклогитовых гранатов использовалась предложенная ранее (Чайковский, 2001) диаграмма f-Ca (рис. 3.18). На ней оранжевые пи
