Содержание к диссертации
Глава 1. Геолого-тектоническая позиция проявлений кимберлитового магматизмаДалдыно-Алакитского района (краткий обзор)
1.1. Краткая геологическая характеристика Далдыно-Алакитского района
1.2. Строение фундамента платформы центра Якутской алмазоносной провинции
1.3. Предположения о составе и строении литосферы (мантийного корня) под
Далдыно-Алакитским районом
1.4. Возраст кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района
Глава 2. Сравнительный анализ вещественного состава кимберлитовых тел
Далдыно-Алакитского района
2.1. Краткая петрографическая характеристика изученных объектов
2.2. Методология сравнения петрохимического и геохимического состава кимберлитов
2.3. Петрохимическая и геохимическая характеристики изученных кимберлитов
2.4. Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb изотопные системы кимберлитов района
Глава 3. Геохимическая пространственная неоднородность Далдыно-Алакитского района
Глава 4. Критерии выделения фаз кимберлитового расплава, основанные на петрогеохимических и минералогических данных
4.1. Петрохимические различия петрографических типов кимберлитов
4.2. Петрохимические и геохимические критерии выделения фаз кимберлитового расплава
4.3. Минералогические критерии выделения фаз кимберлитового расплава
5. Пространственные группы кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского района - вещественный состав и критерии выделения ;
5.1. Вещественная характеристика пространственных групп кимберлитовых тел северо-востока района
5.2. Вещественная характеристика пространственных групп кимберлитовых тел юго-запада района
Глава 6. Вопросы генезиса кимберлитовых объектов и положение промышленноалмазоносных тел в структуре района
6.1. Обзор моделей формирования кимберлитового расплава
6.2. Обсуждение генезиса кимберлитов района с использованием полученных изотопных данных
6.3. Модель образования кимберлитовых тел Далдьшо-Алакитского района
6.4. Положение промышленно-алмазоносных кимберлитов в структуре района
Введение к работе
Актуальность исследований. Якутская алмазоносная провинция является основным источником алмазного сырья в нашей стране. Интерес к химическому составу кимберлитов в связи с их продуктивностью, генезисом и закономерностями пространственного размещения сохраняется до настоящего времени (Кривонос, 1999; Василенко и др., 2000; Ваганов, 2000; Илупин, 2003; Костровицкий и др., 2003 и др.). Тем более что завершение эксплуатации таких крупных месторождений как Мир и Удачная, а также редкие открытия новых алмазоносных кимберлитовых трубок, ставят исследователя перед необходимостью развития более эффективных подходов при проведении прогнозно-поисковых работ на алмазы. В частности, в последние годы появилась возможность изучения химического состава кимберлитов прецизионными методами (ICP-MS-геохимия, Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb изотопные
системы). В комплексе с геологическими и минералогическими характеристиками кимберлитов, данные, полученные прецизионными методами, могут быть использованы при построении генетических моделей формирования глубинных алмазоносных пород и установлении неоднородности верхней мантии. Практическое значение развития прецизионного подхода к изучению вещественного состава кимберлитов связано с обоснованием выделения разноранговых минерагенических таксонов кимберлитового магматизма (поле, пространственная группа, многофазная трубка), а также с обоснованием перспектив алмазоносности изучаемых территорий, а в частности совершенствование геохимических методов поисков.
Настоящая работа посвящена петрологической интерпретации новых петрогеохимических данных по кимберлитам Далдьшо-Алакитского района Якутии. Выбор данного района как объекта исследований основывается, прежде всего, на достаточно высокой степени его геологической и минералогической изученности (многочисленные работы И.П. Илупина, В.И. Ваганова, В.Б. Василенко, СИ. Костровицкого, В.А. Милашева, А.Д. Харькива, Н.В. Соболева, Б.М. Владимирова и многие другие), а также наличии проявлений кимберлитового магматизма с разной степенью алмазоносности (от высоко- до убого-алмазоносных кимберлитов). На основании данных по минералогии и петрографии ранее здесь были выделены пространственные группы (кусты) кимберлитовых тел (Илупин, 2003, Костровицкий и др., 2003). Найденные закономерности размещения кимберлитовых тел в пространстве до настоящего времени не были подтверждены достаточным количеством петрогеохимических данных. В основном, были детально изучены геолого-тектонические, минералогические и петрохимические аспекты, а изучению геохимии пород, в связи с ограниченностью и труднодоступностью методов, уделялось мало внимания. В свете этого, результаты, полученные в данной работе, позволяют считать проведенные исследования актуальными и практически значимыми для дальнейшего изучения кимберлитов Якутии, выявления их алмазоносных разностей, построения петрогеохимических моделей формирования.
Цели и задачи работы. Основной целью исследования является установление степени гетерогенности источников кимберлитового магматизма в пределах одного кимберлитового района. Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Установить степень неоднородности вещественного состава кимберлитов в пределах Далдыно-Алакитского района путем сопоставления кимберлитовых тел северовостока (Далдынское поле) и юго-запада (Алакит-Мархинское поле) района. Определить пределы вариаций петрохимического и геохимического составов кимберлитов в пределах района кимберлитового магматизма. Исследования проведены на основании полученных данных по петрохимическому (РФА), геохимическому (ICP-MS) и изотопному (Rb-Sr, Sm- Nd, Pb-Pb) составам кимберлитов.
2. Установить закономерности пространственного распределения кимберлитов с различными вещественными характеристиками в пределах района.
3. Получить петрохимические, геохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава на основании изучения различных петрографических типов кимберлитов сложнопостроенной трубки.
4. Определить принципы выделения минерагенических единиц кимберлитового магматизма Далдыно-Алакитского района с использованием вещественных характеристик кимберлитов, а также путем сопоставления полученных результатов с литературными данными по химическому составу индикаторных минералов из кимберлитовых тел изученной коллекции.
5. Установить положение промышленно-алмазоносных кимберлитовых тел в соответствии с выявленными закономерностями размещения кимберлитов в пространстве района.
Фактический материал и методы исследований. В основу работы легли результаты комплексного петролого-геохимического исследования коллекции кимберлитов (138 образцов) Далдыно-Алакитского района, включающие: 1) изучение петрографического состава кимберлитов в шлифах; 2) определение породообразующих элементов методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии на спектрометре последовательного действия PW- 2400 производства компании Philips Analytical B.V (ИГЕМ РАН, Москва). Определение СОг, НгО, Na20, К2О, FeO выполнено классическими химическими методами (ГИН РАН,
Москва); 3) определение редких и редкоземельных элементов методом масс-спектрометрии на приборе Elan-6100 DRC в аргоновой плазме в стандартном режиме измерений (ИМГРЭ,
Москва); 4) изучение изотопных характеристик Sm-Nd, Rb-Sr, Pb-Pb систем в кимберлитах на многоканальном твердофазовом масс-спектрометре Finnigan МАТ-261 в статистическом режиме с одновременной регистрацией ионных токов изотопов (ИГГД РАН, СанктПетербург); 5) определение химического состава пикроильменитов из кимберлитов коллекции в минеральных препаратах на микрозонде "САМЕСА" MS-46 (ИГЕМ РАН,
Москва).
Для изучения петрологии кимберлитов Далдыно-Алакитского района была создана представительная коллекция образцов, включающая практически все известные кимберлитовые тела района. Выбор объектов для исследований в пределах района обусловлен, прежде всего, их пространственным положением. С этой целью в коллекцию вошли кимберлиты из трубок, расположенных в разных частях Далдыно-Алакитского района. Кроме этого, при отборе образцов коллекции учитывалась неоднородность кимберлитов в пределах отдельно взятого магматического тела, связанная со сложностью его строения или многофазностью. Каменный материал и материал по строению и опробованию трубок Далдыно-Алакитского района был предоставлен ФГУП ЦНИГРИ (коллекция и материалы И.П. Илупина). Всего коллекция включает 138 образцов из 101 кимберлитового тела Далдыно-Алакитского района. Перед проведением аналитических исследований все образцы кимберлитов были тщательно просмотрены в шлифах, с целью отбора наименее измененных разностей с невысоким количеством ксеногенного материала (порфировые
кимберлиты); при отсутствии таковых изучались автолитовые кимберлитовые брекчии и кимберлитовые брекчии. На основании результатов анализа петрохимического состава 138 образцов (метод РФА), был произведен анализ на редкие элементы и элементы-примеси для 107 образцов изученной коллекции (метод ICP-MS) с отбраковкой анализов, отвечающих контаминированным породам с индексами контаминации C.I. = (SiC>2 + AI2O3 + Na20)/(2K20 + MgO) > 1.5 (по Clement, 1982). Базируясь на полученных данных, для 12 образцов было проведено изучение изотопных систем (Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb) и была подготовлена коллекция пикроильменитов (371 зерно) из 8 кимберлитовых тел. Полученные данные были обработаны с использованием статистических методов и построения геохимических диаграмм (распределение редких и редкоземельных элементов, нормированных к примитивной мантии и хондриту; соотношения петрогенных и редких элементов и др.).
Результаты интерпретации полученных данных легли в основу защищаемых положений.
Далее приведен перечень всех кимберлитовых трубок Далдыно-Алакитского района (в скобках - количество образцов из трубки): 30 лет Айхала (1), Айхал (3), Алакитская (1), Аргыс (1), Аэромагнитная (2), Аэросъемочная (1), Байтахская (2), Буковинская (1), Веселая (1), Веснушка (1), Волжанка (1), Восток (2), Геофизическая (1), Геохимическая (1), Горняцкая (1), Дайка Б (Барыгина) (1), Дайковая (1), Далдынская (1), Дальняя (3), Долгожданная (1), Дружба (3), Загадочная (2), Зарница (2), Заря (1), Зимняя (1), Иксовая (1), Ильменитовая (1), им. Бобкова (1), им. Одинцова (1), им. Попугаевой (1), им. Соболева (1), им. Щукина (1), Искорка (1), Кира (1), Кисмет (1), Коллективная (2), Комсомольская (2), Краснопресненская (2), Кылахская (2), Ленинградская (2), Летняя (2), Липа (2), Лира (1), Любимая (1), Магистральная (2), Малютка (1), Мархинская (1), Маршрутная (1), Мастахская (2), Молодежная (2), Молодость (3), Москвичка (1), Надежда (1), Начальная (1), Нева (1), Невидимка (1), НИИГА (1), Ну, погоди (1), Нюрбинская (1), Овал (1), Озерная (1), Октябрьская (1), Олимпийская (1), Осенняя (2), Победа (1), Подтрапповая (2), Полуночная (1), Полярная (1), Прогнозная (1), Радиоволновая (1), Радиогеодезическая (2), Рот-Фронт (1), Салют (1), Саратовская (1), Светлая (1), Сибирская (1), Синильга (1), Славутич (1), Смежная (1), Снегопадная (1), Снежинка (3), Студенческая (1), Сувенир (1), Сытыканская(2), Тайная (1), Талисман (1), Угадайка (1), Удачная-Восточная (1), Удачная-Западная (1), Украинская (1), Файнштейновская (2), Фестивальная (1), ЦНИГРИ (1), Чебурашка (1), Эврика (1), Электра (1), Эндир (1), Юбилейная (4), Юность (1), Якутская (2).
Научная новизна работы. Впервые создан банк петрогеохимических данных по Далдыно-Алакитскому алмазоносному району, включающий анализы петрохимического и геохимического состава практически всех известных кимберлитовых тел района (138 образцов из 101 кимберлитового тела). Анализы выполнены прецизионными методами (РФА, ICP-MS, Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb изотопные системы) в одних и тех же лабораториях примерно в одно и то же время. Принципиально новыми результатами изучения кимберлитов Якутии являются следующие:
1. Установлено, что, несмотря на обширную площадь распространения кимберлитов в пределах Далдыно-Алакитского района и широкие вариации петрохимических характеристик (содержания S1O2, MgO и СаО), все изученные объекты обладают довольно однородным геохимическим составом. Не были выявлены существенные петрогеохимические различия между кимберлитами северо-востока (Далдынское поле) и юго-запада (Алакит-Мархинское поле) Далдыно-Алакитского района, что позволяет предполагать однородность источников магматизма для всего района в целом.
2. В пределах Далдыно-Алакитского алмазоносного района выявлены участки с зональным распределением вещественных характеристик кимберлитов. От центра к периферии таких участков происходит увеличение содержаний MgO, FeO, V, Сг, Ni, на фоне снижения содержаний СаО, СОг, Rb, Sr, Ва и понижения значений величин eNd и sSr. При этом кимберлитовые тела с промышленным и повышенным содержанием алмазов характерны только для периферийных частей выделенных участков.
3. Выявлены геохимические и минералогические критерии выделения фаз внедрения кимберлитового расплава: они различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности отношению Ьа/УЬк, а также по химическому составу пикроильменитов (содержание СГ2О3, А^О, MgO), что отражает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитового тела.
4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел (кустов), основанные на характере распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, ТЮг, FeO, MnO, Р2О5) и редких элементов, включая REE, а также ряд отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).
Практическая значимость. Результаты, полученные при интерпретации прецизионных данных изучения вещественного состава кимберлитов Далдыно-Алакитского района, могут быть использованы в практических целях:
1. Установлены закономерности пространственного распределения вещественных характеристик кимберлитов Далдыно-Алакитского района, что в комплексе с геофизическими, геологическими и минералогическими данными может быть использовано при создании эталонной модели алмазоносного кимберлитового поля и района для дальнейшего прогнозирования новых кимберлитовых полей на перспективных площадях.
2. Предложен ряд новых петрогеохимических признаков (распределение породообразующих оксидов, отношения редких элементов) для обоснования выделения минерагенических таксонов в пределах района кимберлитового магматизма (многофазное кимберлитовое тело, пространственная группа кимберлитовых тел). Полученные закономерности предоставляют еще один независимый подход к выяснению внутренней структуры кимберлитового поля и района, что может быть использовано при рассмотрении процессов формирования кимберлитов, а также при планировании поисковых работ на обнаружение кимберлитовых трубок в пределах известного района.
3. Показано положение алмазоносных кимберлитовых тел относительно выявленной зональной структуры Далдыно-Алакитского кимберлитового района. Для них характерно: пониженное содержание ТЮг, РегОз и карбонатной составляющей на фоне высоких содержаний MgO, Сг, Ni; высокие (>1) величины отношения Nb/Zr, а также минимальные значения величин sNd. Наряду с этим, промышленно-алмазоносные кимберлиты района располагаются по периферии выделенных зональных участков, а установленные группы кимберлитовых тел обладают одинаковым уровнем содержания алмаза. Полученные данные могут быть использованы при обосновании перспектив алмазоносности изучаемых территорий.
Используемая терминология. В работе использована следующая терминология, в основу которой вошли данные, опубликованные в работах, посвященных месторождениям кимберлитов (Ваганов 2000), прогнозированию эндогенных месторождений алмаза (Никулин и др., 2001) и классификации кимберлитов Якутии (Корнилова и др., 1983; Костровицкий и др., 2007).
Кимберлитовая провинция — рассматривается как эквивалент петрографической провинции: крупный геотектонический элемент - складчатая область или платформа, характеризующаяся особой серией магматических формаций. Пример — Якутская (ВосточноСибирская) кимберлитовая провинция.
Район кимберлитового магматизма (кимберлитовый район) - территория, обладающая однородным строением литосферы, приуроченная к единым тектоническим блокам фундамента. Кимберлиты в пределах района контролируются едиными тектоническими нарушениями, а также обладают достаточно однородным вещественным (петрохимическим, геохимическим и минералогическим) составом и одинаковыми возрастными характеристиками.
Поле кимберлитовых тел - совокупность пространственных групп кимберлитов, которые имеют какие-либо общие петрографические, геохимические характеристики, в отличие от остальных объектов в пределах района.
Участок - часть территории района кимберлитового магматизма, которая характеризуется наличием каких-либо закономерностей в размещении кимберлитовых тел по площади.
Пространственная группа кимберлитовых тел (куст трубок) — группа сближенных кимберлитовых тел, обладающих однородным петрохимическим, геохимическим и минералогическим составом, а также отличающихся от близ расположенных тел в пределах поля/района.
Кимберлитовая трубка (трубка взрыва) — соответствует магматическому телу, кимберлитового состава. Выделяют кратерную, диатремовую и корневую зоны. Часто представляют собой ряд независимых фаз внедрения с различной продуктивностью.
Фаза внедрения расплава — 1) порция однородной магмы, поступающей из глубины на поверхность (эффузивная фаза); 2) этап внедрения магмы в верхние структурные этажи в течение определенного цикла магматизма, из общих для комплекса источников. Одна фаза может быть представлена различными петрографическими типами кимберлитов.
Петрографический тип — разновидности кимберлитов, различающихся между собой по ряду петрографических признаков (минеральный состав, структура, текстура, морфология
тел). В данной работе рассмотрены три основных типа: порфировый кимберлит (ПК), автолитовая кимберлитовая брекчия (АКБ) и кимберлитовая брекчия (КБ).
Защищаемые положения.
1. На основе нового аналитического материала показана близость петрохимического (РФА), геохимического (ICP-MS) и изотопного (Rb-Sr, Sm-Nd, Pb-Pb) составов кимберлитов Далдынского и Алакит-Мархинского полей, что в сочетании с данными по геологическому строению позволяет рассматривать их в составе единого района кимберлитового магматизма.
Исторически кимберлитовые тела Далдьшо-Алакитского района принято объединять в два поля - Далдынское и Алакит-Мархинское, основываясь на географических и геофизических положениях. В настоящей работе показано сходство вещественного состава кимберлитов этих полей, что служит предпосылкой для объединения их в один район кимберлитового магматизма.
2. Впервые в пределах района > выявлены участки с зональным распределением кимберлитовых тел: от центра к периферии таких участков в кимберлитах происходит увеличение содерэюаний MgO, FeO, V, Cr, Ni, на фоне сниэюения содержаний CaO, СО2, Rb, Sr, Ва и понижения значений величин eNd и eSr, при этом в периферийных частях развиты наиболее продуктивные кимберлиты.
В пределах территории выделено 4 участка с зональным строением, центральные и периферийные части которых характеризуются различием вещественного состава кимбелитов и уровнем алмазоносности.
3 Установлено, что фазы внедрения кимберлитового расплава в многофазных трубках различаются по содержанию и распределению редких элементов, в частности по величине отношения La/Ybx, а также по химическому составу пикроилъменитов (СГ2О3), что отразюает историю развития магматического очага в ходе формирования кимберлитовой трубки.
При сравнении петрографические типов кимберлитов были установлены петрогеохимические и минералогические критерии выделения кимберлитовых фаз в сложнопостроенных трубках.
4. Получены принципиально новые критерии выделения пространственных групп кимберлитовых тел, основанные на совокупности данных распределения в кимберлитах породообразующих (MgO, ТЮ2, FeO, МпО, Р2О5) и редких элементов, включая REE, а также на значении величин отношений (Ti/Zr, Ce/Sr, Ce/Y, La/Gd).
Кимберлитовые трубки района были объединены в пространственные группы, а также было установлено положение продуктивных кимберлитов в пределах района с учетом полученных данных.
Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, РГГРУ, 2007); на конференции "Проблемы магматической и метаморфической петрологии" в рамках XVIII чтений в память профессора И.Ф. Трусовой (г. Москва, РГГРУ, 2008); на XXV Всероссийском семинаре с участием стран СНГ "Геохимия магматических пород. Школа Щелочной магматизм Земли" (г. Санкт-Петербург, 2008), на конференции «Проблемы прогнозирования и поисков месторождений алмазов на закрытых территориях» (г. Мирный, 2008) и на 1-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (г. Санкт-Петербург, 2009).
Публикации. Результаты исследований отражены в 3 статьях в рецензируемых научных журналах, в одной статье в научно-практическом сборнике статей и 6 тезисах научно-практических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения и 2 приложений, изложенных на 190 страницах, включая в себя 16 таблиц, 57 рисунков и список цитируемой литературы из 113 наименований.
Благодарности. Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) в лаборатории Петрографии. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю работы, д.г.-м.н., профессору В.А. Кононовой за оказание всесторонней поддержки и за ценные консультации в период выполнения работы, а также к.г.-м.н. Ю.Ю. Голубевой и отделу алмазов ФГУП ЦНИГРИ за помощь в подготовке и предоставление каменного материала по всем кимберлитам Далдыно-Алакитского района.
Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №06-05-64017, руководитель В.А. Кононова) а также договора с АК «АЛРОСА» ЯНИГП ЦНИГРИ 108/2006.
В процессе работы различные ее аспекты неоднократно обсуждались с сотрудниками ИГЕМ РАН: академиком О.А. Богатиковым, д.г.-м.н. А.А. Носовой, д.г.-м.н Е.В. Шарковым, д.г.-м.н A.M. Курчавовым, д.г.-м.н. А.В. Самсоновым, И.А. Кондрашовым, чьи ценные замечания были учтены при написании диссертации. Аналитические исследования проводились А.И. Якушевым, Д.З. Журавлевым, Л.К. Невским, Г.В. Овчинниковой, Т.И. Головановой, СЕ. Борисовским. Всем им автор выражает глубокую и искреннюю благодарность.
