Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности размещения изученных кимберлитовых полей в геологической структуре Якутской алмазоносной провинции и во времени 10
-
Этапы тектонического развития и место кимберлитового магматизма в истории Сибирской платформы 12
-
Пространственные вариации состава литосферной мантии Якутской алмазоносной провинции 17
-
Возраст кимберлитовых полей Якутии 19
2. Петрогеохимические особенности кимберлитов Якутии и их связь с положением в структуре Сибирской платформы 23
2.1. Вариации составов кимберлитов в пределах кимберлитовых трубок, кустов трубок и полей.. 25
2.1.1. Палеозойские кимберлиты Маганского и Анабарского (Далдынский и Мархинский террейны) геоблоков 38
2.1 .2. Палеозойские и мезозойские кимберлиты Оленекского геоблока 51
2.1.3. Мезозойские кимберлиты Маймечинского террейна (Харамайское поле) 68
2.2. Вариации составов кимберлитов в пределах Якутской алмазоносной провинции 70
3. Источники кимберлитов Якутской алмазоносной провинции (по данным изучения Sr-Nd-Pb изотопных характеристик) 90
-
Sr-Nd-Pb изотопный состав источников кимберлитов 91
-
Время обогащения мантийных источников 101
4. Критерии диагностики кимберлитов Якутской алмазоносной провинции и их петрогеохимическая классификация 105
4.1. Петрохимические и геохимические критерии диагностики кимберлитов Якутии 106
-
Минералогические критерии диагностики кимберлитов Якутии 117
-
Петрогеохимические группы кимберлитов Якутии 136
5. Вопросы генезиса и некоторые причины вариаций составов кимберлитов Якутии 150
Заключение 166
- Пространственные вариации состава литосферной мантии Якутской алмазоносной провинции
- Вариации составов кимберлитов в пределах Якутской алмазоносной провинции
- Минералогические критерии диагностики кимберлитов Якутии
Введение к работе
Актуальность исследований. Изучение геохимии кимберлитов современными прецизионными методами (ICP-MS, изотопия Sr, Nd и Pb) направлено на решение как фундаментальных, так и практических задач. Фундаментальные задачи включают: исследование особенностей состава кимберлитов, выделение их петрогеохимических типов, выявление корреляции состава кимберлитов с возрастом и геолого-структурными особенностями территорий. Полученные данные используются для расшифровки глубинного строения древних кратонов, установления неоднородности верхней мантии и построения различных генетических моделей формирования глубинных алмазоносных пород. Данные задачи включены в перечень приоритетных направлений исследований Наук о Земле, утвержденный постановлением Президиума РАН 1 июля 2003 г. Практической задачей на данный момент является определение закономерностей в распределении кимберлитов с различными петрогеохимическими характеристиками в пределах минерагенических таксонов (кимберлитовая трубка, куст трубок, кимберлитовое поле, алмазоносная провинция), что может быть использовано при прогнозе и поисках кимберлитов как на новых перспективных территориях, так и в пределах уже открытого кимберлитового поля. Прогнозирование минеральных ресурсов входит в перечень критических технологий РФ, утвержденный Президентом РФ 30 марта 2002 г.
В отличие от петрографо-минералогических критериев, детально разработанных за многие годы изучения кимберлитов Якутии Н.В. Соболевым и другими исследователями, геохимические и изотопно-геохимические исследования явно оказались на втором плане, и не соответствуют современному уровню. Это, возможно, объясняется тем, что только в последние годы появилась доступная аналитическая база, которая может дать уникальные данные в свете поставленных в диссертации задач. Настоящая работа посвящена петрологической интерпретации новых геохимических данных по кимберлитам Якутии, что позволяет считать проведенные исследования актуальными и практически значимыми для дальнейшего изучения петрогеохимических особенностей кимберлитов Якутии.
Цели и задачи работы. Основной целью исследования является сравнительный анализ петрогеохимических характеристик кимберлитов в пределах разных таксонометрических единиц (кимберлитовая трубка, куст трубок, кимберлитовое поле, алмазоносная провинция); выявление взаимосвязи между петрогеохимическими особенностями пород и их положением в структуре Сибирской платформы и характера гетерогенности источников кимберлитов Якутии. Проведенные исследования основаны на комплексном петролого-геохимическом изучении коллекции образцов кимберлитов
Якутии, отобранных из кимберлитовых тел (трубок, даек) полей разного возраста и географического положения, с привлечением прецизионных методов анализа вещества. Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Установить характер петрогеохимической неоднородности и пределы вариаций содержаний редких элементов в ряде минерагенических таксонов (кимберлитовая трубка, куст трубок, кимберлитовое поле, алмазоносная провинция) на примере Якутской алмазоносной провинции.
Изучить Rb-Sr, Sm-Nd и Pb-Pb изотопные системы для определения характеристик мантийных источников кимберлитов из разновозрастных полей Якутской алмазоносной провинции.
Изучить представительную коллекцию кимберлитов Якутии, включающую образцы из трубок в разновозрастных полях трех главных тектонических геоблоков восточной части Сибирской платформы. Получить банк данных по содержанию петрогенных и редких элементов в кимберлитах Якутии и систематизировать их для создания петрогеохимической классификации пород.
Определить петрогеохимическую и изотопную специфику высокоалмазоносных кимберлитов Накынского поля для выяснения генезиса данных кимберлитов и разработки новых поисковых критериев.
Фактический материал и методы исследований. В основу работы легли результаты комплексного петролого-геохимического исследования коллекции кимберлитов Якутии, включавшие: 1) изучение шлифов кимберлитов под поляризационным микроскопом; 2) определение петрохимического состава пород (главные компоненты); 3) анализ геохимического состава пород (редкие элементы, изотопный состав Sr, Nd и Pb); 4) интерпретацию химического состава слюд и перовскитов из кимберлитов изученной коллекции; 5) компьютерную обработку полученных данных с использованием различных геохимических диаграмм (распределение редких и редкоземельных элементов, нормированных к примитивной мантии и хондриту; соотношения петрогенных и редких элементов и др.).
Каменный материал частично был собран во время посещения автором г. Мирный (2001 г.), а также любезно предоставлен сотрудниками ЦНИГРИ МПР РФ и ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛРОСА». Проанализированный материал характеризует 38 кимберлитовых тел (трубок и даек) из 13 полей южной и северной части Якутской алмазоносной провинции (в скобках - трубки и количество проб), а именно: Мирнинское (Интернациональная (1), Мир (1)); Накынское (Ботуобинская (6), Нюрбинская (5)); Алакитское (Молодость (1), Юбилейная (1)); Далдынское (Удачная-Восточная (1),
Дальняя (1), Осенняя (1), Зарница (2)); Верхне-Мунское (Поисковая (2), Заполярная (2), Деймос (1)); Чомурдахское (Чомур (2), Светлая (2), Надежная (2), Олимп (1), Уральская (1)); Огонер-Юряхское (Аэрогеологическая (3), Сестра-19 (1), дайки Ан. 1 (1), Ан. 5 (1), Ан. 12 (1)); Куранахское (Малокуонамская (1)); Нижне-Куонамское (Мачала (1), Майская (1)); Средне-Куонамское (Небайбыт (1), Харахтах (1)); Куойское (Дьянга (1), Мгришница (1), Русловая (1)); Лучаканское (Лыхчан (2), Поздняя (2), Дама (2)); Харамайское (Улахан-7 (1), Базовая-2 (1), Биллях-4 (1), Лесная-1 (1)). Под микроскопом просмотрено более 100 прозрачных и прозрачно-полированных шлифов по образцам из исследованной коллекции. Созданный банк аналитических данных включает 58 анализов главных и редких элементов. В 20 образцах изучены Sm-Nd, Rb-Sr, Pb-Pb изотопные системы. Кроме этого, для 11 кимберлитовых тел, вошедших в коллекцию, получены 70 анализов слюд и 10 анализов перовскитов.
Особое внимание при подборке материала для аналитических исследований уделялось качеству образцов. Подготовка к анализу включала несколько предварительных этапов, в том числе: 1) изучение кимберлитовых пород под поляризационным микроскопом для отбора наименее измененных разностей с невысоким количеством ксеногенного материала (порфировые кимберлиты); при отсутствии таковых изучались автолитовые кимберлитовые брекчии и кимберлитовые туфобрекчии; 2) пробоподготовка для аналитических исследований, включающая дробление кимберлитового материала до фракции 1-2 мм, освобождение его от ксеногенного материала, отбор однородных обломков кимберлитов и их дальнейшее истирание. Аналитические исследования образцов кимберлитов включали: 1) определение главных элементов рентгенофлюоресцентным методом (VRA-20 (Karl Zeiss Jena), ОИГГиМ СО РАН, Новосибирск), С02, FeO, Н20, Na20, К20 химическими методами (ИГЕМ, Москва); 2) отбраковка анализов, отвечающих контаминированным породам с индексами контаминации C.I. = (Si02 + Al203 + Na20)/(2K20 + MgO) > 1.5 (по Clement, 1982) и Si02/MgO > 1.7 (по Ilupin, Roshchina, 2002); 3) определение редких и редкоземельных элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (Elan-6100 DRC (Perkin Elmer), ИМГРЭ, Москва); 4) изучение изотопного состава пород (Finnigan МАТ-261, ИГГД РАН, Санкт-Петербург); 5) изучение химического состава слюд и перовскитов (Camebax SX-50, Гинцветмет, Москва).
Научная новизна работы. В результате комплексных петролого-геохимических исследований коллекции кимберлитов Якутской провинции впервые создан банк данных, содержащий 58 представительных анализов кимберлитов, выполненных прецизионными
методами (ICP-MS: 43 элемента) в одних и тех же лабораториях. Принципиально новыми результатами для кимберлитов Якутии являются следующие:
Установлено, что в пределах большинства изученных трубок и кустов трубок кимберлиты имеют близкие концентрации устойчивых при вторичных процессах и не зависящих от контаминации вмещающими породами редких элементов. В пределах поля наблюдается гораздо более выраженная неоднородность, обусловленная наличием кимберлитовых трубок, принадлежащих к разным петрогеохимическим типам. Подобная неоднородность может явиться основой как для выделения разновидностей кимберлитов, характерных для кустов трубок, так и для определения зональности поля.
На основе петрогеохимических данных установлены отличия между кимберлитовыми полями, находящимися в пределах разновозрастных тектонических геоблоков восточной части Сибирской платформы.
Sr, Nd и Pb изотопные особенности кимберлитов Якутии показывают, что их источники имеют сложную историю. По-видимому, они формировались в ходе разновременного, и вероятно, неоднократного обогащения источника типа деплетированной мантии (DM) литофильными элементами при возможном участии процессов контаминации коровым материалом. Среди изученной коллекции наибольшими отличиями от других кимберлитов Якутии обладают трубки Ботуобинская и Нюрбинская (Накынское поле), что может отражать изотопно-геохимическую специфику их мантийного источника, претерпевшего наиболее раннюю и/или многократную метасоматическую переработку.
Уточнена классификация щелочно-ультраосновных пород Якутии, основанная на использовании минералогических критериев (химический состав слюд и перовскитов).
Практическая значимость
1 .Проведенные детальные исследования коллекции образцов кимберлитов Якутии позволили предложить ряд петрогеохимических признаков (концентрации ТіОг, REE, HFSE) для обоснования выделения минерагенических таксонов в пределах ЯАП (кимберлитовой трубки, куста трубок, кимберлитового поля). Выявленные закономерности (однородность геохимического состава в пределах трубки и куста, геохимическая зональность полей) предоставляют еще один независимый подход к выяснению внутренней структуры поля и определению его границ, что может быть использовано при рассмотрении процессов формирования кимберлитов, а также при планировании поисковых работ на обнаружение кимберлитовых трубок в пределах поля.
2.Установлено, что кимберлиты в разновозрастных геоблоках Сибирской платформы различаются по петрогеохимическим и изотопным характеристикам. Это открывает новые возможности для разработки критериев алмазоносное древних платформ и может быть использовано при прогнозировании перспективных площадей.
3.Установленная четкая изотопно-геохимическая специфика кимберлитов Накынского поля дает дополнительные геохимические критерии, использование которых, в комплексе с минералого-петрографическими характеристиками и особенностями геологических структур, контролирующих размещение трубок, позволит определять наиболее перспективные направления поисков высокоалмазоносных кимберлитов.
Защищаемые положения
В результате проведенного полного комплекса прецизионных аналитических исследований (XRF, ICP-MS, Sr-Nd-Pb-изотопия) единой коллекции образцов, а также использования данных геолого-структурных, петрологических и геохронологических исследований, полученных другими исследователями, впервые выявлена петрогеохимическая специфика отдельных кимберлитовых тел и полей в пределах Якутской алмазоносной провинции, обусловленная гетерогенностью их мантийных источников. Полученные выводы имеют важное значение для понимания генезиса алмазоносных кимберлитов и могут быть использованы при прогнозировании новых кимберлитовых полей, трубок в пределах кимберлитовых полей. В решение данной проблемы сформулированы следующие защищаемые положения:
1. Выявлены петрогеохимические особенности кимберлитов Якутии, позволяющие выделять минерагенические таксоны (кимберлитовая трубка, куст трубок, кимберлитовое поле) в пределах провинции. При выделении минерагенических таксонов следует предпочтительно использовать содержания ТЮг, REE, HFSE, как наименее подверженные влиянию контаминации вмещающими породами и вторичных изменений.
Кимберлитовая трубка, куст трубок, кимберлитовое поле различаются вариациями концентраций главных и редких элементов, возрастающими в направлении от конкретного тела к кимберлитовому полю. В пределах трубки и куста трубок кимберлиты в большинстве случаев имеют довольно устойчивый состав. Различия между петрографическими разновидностями (автолитовые кимберлитовые брекчии и порфировые кимберлиты) кимберлитов незначительны и касаются лишь элементов, подверженных сильному влиянию контаминации вмещающими породами (CaO, Sr, Ва) и вторичных изменений (К2О, Rb, Cs). В пределах кимберлитового поля проявлена более значимая петрогеохимическая неоднородность кимберлитов. Самые высокие колебания концентраций отмечены для ТІО2, К20, Li, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, HREEe,-lu.
2. Показана зависимость петрогеохимических особенностей изученных
кимберлитов Якутской алмазоносной провинции от их положения в геоблоках восточной
части Сибирской платформы с разным возрастом консолидации коры фундамента.
Выделенные на основании структурного положения группы кимберлитовых полей, имеют
ряд сходных черт: похожие вариации породообразующих и редких элементов и
совпадение характерных особенностей распределения редких элементов в кимберлитах.
Кимберлитовые объекты центральной и южной частей ЯАП в пределах наиболее древних архейских Маганского и Анабарского геоблоков (мощность литосферной мантии 260-300 км) характеризуются умеренными и пониженными содержаниями титана и редких элементов. Это свидетельствует об относительно низкой геотерме и более сильном обеднении литосферной мантии в данном регионе. Кимберлитовые объекты северной (периферийной) части провинции в пределах протерозойского Оленекского геоблока (мощность литосферной мантии до 200-150 км), характеризуются повышенными содержаниями титана и редких элементов, что свидетельствует о более слабом обеднении и высокой геотерме литосферной мантии данного геоблока.
3. Установлено, что Sr, Nd и Pb изотопные особенности кимберлитов Якутии
отражают разнообразие их мантийных источников, связанное с разным временем,
степенью и характером обогащения декретированной мантии литофильными
элементами в разных тектонических геоблоках Сибирской платформы.
Большинство изученных кимберлитов Якутской алмазоносной провинции формировались за счет деплетированного мантийного источника (DM). Они близки источникам кимберлитов группы I Южной Африки. Изотопный состав кимберлитов Накынского поля приближается к значениям среднего состава силикатной Земли (BSE) (трубка Ботуобинская). В кимберлитах трубки Нюрбинская возможно участие вещества обогащенной литосферной мантии первого типа (EMI). Рассчитанные модельные возраста дают несколько групп значений в интервале 1.4-0.5 млрд. лет. Самые древние модельные возраста получены для источников кимберлитов Накынского поля (1.4-0.9 млрд. лет), а самые молодые — для мезозойских кимберлитов Куойского поля (0.5 млрд. лет).
4. Выделены три петрогеохимических типа кимберлитов Якутии. Они
отличаются по содержанию и распределению редких элементов и титана, а также
изотопным характеристикам. Петрогеохимические особенности выделенных типов
кимберлитов связаны с комплексом факторов: геолого-структурным положением,
типом мантийного метасоматизма; особенностями мантийного источника.
Низкотитанистые кимберлиты (содержания ТіОг < 1 мас.%; ZHREEef-lu 0.8-2.1 ppm; Y 5-15 ppm, Zr 18-160 ppm; La 9.31-119.45 ppm) представлены
высокоалмазоносными кимберлитами Накынского поля. Умеренно-титанистые кимберлиты (ТЮ2 1-2.7 мае. %; IHREEEr-Lu 1.1-4.3 ppm; Y 6-31 ppm; Zr 51-457 ppm; La 29.98-226.16 ppm) являются наиболее распространенным типом, слагающим практически все трубки южной части провинции (Маганский и Анабарский геоблоки), за исключением Накынского поля, и примерно половину трубок северной части провинции (Оленекский геоблок). Высокотитанистые кимберлиты (ТіОг > 2.7 мас. %; HREEEr-Lu 1.7-6.6 ppm; Y 11-45 ppm; Zr 119-690 ppm; La 49.15-152.19 ppm) распространены, в основном, среди северных полей (Оленекский геоблок).
Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на научно-практической конференции, посвященной пятидесятилетию открытия первой алмазоносной кимберлитовой трубки «Зарница» «Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (АЛМАЗЫ-50)» (Санкт-Петербург, ВСЕГЕИ, 2004), а также ряде симпозиумов, совещаний и семинаров, в их числе: 17 Симпозиум по геохимии изотопов имени ак. А.П. Виноградова (Москва, ГЕОХИ РАН, 2004); Всероссийский семинар с участием стран СНГ по Щелочному магматизму Земли (Москва, ГЕОХИ РАН, 2005); международный симпозиум, посвященный 70-летию академика Николая Владимировича Соболева «Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений» (Новосибирск, ОИГГиМ СО РАН, 2005); Международное (X Всероссийское) петрографическое совещание (Апатиты, КНЦ РАН, 2005).
Результаты исследований отражены в 7 статьях в журналах «Доклады Академии наук», «Геохимия», «Петрология», «Региональная геология и металлогения», а также статья в сборнике Алмазная геология в АК «АЛРОСА» - настоящее и будущее (геологи АК «АЛРОСА» к 50-летнему юбилею алмазодобывающей промышленности России)».
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 178 страницах, включая в себя 10 таблиц, 56 рисунков и список литературы из 109 наименований.
Работа выполнена в ИГЕМ РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора В.А. Кононовой. Исследования проводились при поддержке гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (№ НШ-1251.2003.5) (руководитель О.А. Богатиков), Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 03-05-64214) (руководитель В.А. Кононова), договора с АК «АЛРОСА» 37/01, Фонда содействия отечественной науке.
В процессе работы различные ее аспекты неоднократно обсуждались с сотрудниками ИГЕМ РАН, ЦНИГРИ МПР РФ, АК «АЛРОСА», ИМГРЭ, ИГГД РАН: О.А.
Богатиковым, В.А. Первовым, В.И. Вагановым, В.П. Корниловой, А.Я. Ротманом, А.А. Носовой, А.В. Самсоновым, A.M. Курчавовым, Л.К. Левским, И.А. Кондрашовым, Д.З. Журавлевым, чьи ценные замечания были учтены при написании диссертации. Аналитические исследования проводились в лабораториях ИГЕМ РАН, ОИГГиМ СО РАН, ИМГРЭ, ИГГД РАН СИ. Коган, Ю.В. Долининой, Т.М. Марченко, А.И. Цепиным, Д.З. Журавлевым, Л.К. Левским, Г.В. Овчинниковой. Всем им автор выражает глубокую и искреннюю благодарность.
Автор с благодарностью вспоминает советы и консультации И.П. Илупина, предоставившего значительную часть коллекции и материалы для исследований кимберлитов Якутии.
Пространственные вариации состава литосферной мантии Якутской алмазоносной провинции
Литосферная мантия ЯАП ограничена снизу слоем повышенной электропроводности (предполагаемая астеносфера), располагающимся на глубине 260-300 км {литосферный мантийный корень кратона по Helmstaedt, Gurney, 1995), а на периферии провинции, в зонах тектонической активизации (наложенные прогибы), мощность литосферной мантии сокращается до 150-200 км (Розен и др., 2003). На рис. 3 представлена модель алмазоносного мантийного корня, образующегося под кратонами и представляющего линзу пород с аномальными свойствами, которая ограничена сверху границей графит-алмаз, а снизу — границей литосфера — астеносфера (Ваганов, 2000). А.В. Манаков (Манаков, 2001) на основе ряда критериев (геолого-геофизические данные, обобщение материалов по изучению глубинных пород, алмазов и минералов-индикаторов) выделяет в центре Якутской алмазоносной провинции структуру сложной формы, площадью около 300 000 км2, и делает заключение о наличии здесь литосферы с увеличенной мощностью — литосферного мантийного корня (рис. 3). Данная гипотеза предполагает образование в архее высокоистощенных перидотитовых, с линзами эклогитов, литосферных корней с последующим неоднократным наращиванием их снизу в результате взаимодействия с астеносферой или рециклинга земной коры. При высоком термическом градиенте в архейское время погружение холодных коровых блоков приводило к некоторому остыванию горячей мантии и создавало благоприятные РТ-условия для возникновения и сохранности алмазов. В пределах литосферного корня высокопродуктивные среднепалеозойские алмазоносные кимберлиты тяготеют к средней части платформы, а слабоалмазоносные - к ее краям.
Состав литосферной мантии под ЯАП был реконструирован (Griffin et al., 1999) по данным изучения гранатов и хромитов из кимберлитов. Гарцбургитовый (истощенный) алмазоносный горизонт выявляется в литосферной мантии под Далдынским и Мархинским террейнами, а несколько менее мощный -продолжается на юго-запад, под Маганский террейн. Данный горизонт продолжается также на северо-востоке — в пределах Оленекского блока под Хапсчанским складчатым поясом. К востоку, в центре и на северо-востоке Биректинского террейна, этот горизонт не проявлен. Различия в пределах Анабарского геоблока предположительно возникали в течение эволюции отдельных континентальных блоков и сохранились во время аккреции. Однако, возможно, что каждый из этих террейнов ранее был частью более крупного тектонического блока (раннего суперконтинента), и тогда их литосферные корни могли бы сохраниться во время латеральных перемещений. Литосферная мантия в пределах Маганского и Анабарского геоблоков по своим характеристикам имеет много общего с Каапваальским кратоном Южной Африки (Griffin et al., 1999). Изучение гранатов из ксенолитов перидотитов свидетельствует о том, что эта литосферная мантия была сильно обеднена редкими элементами и имела очень низкую геотерму, что отражено в высоких отношениях Zr/Y во многих гранатах.
Протерозойские комплексы Оленекского геоблока также имеют кратонный разрез литосферной мантии, простирающейся до глубин 150-180 км. Этот геоблок ранее, возможно, имел мантийный корень, который был далее значительно переработан и модифицирован в протерозое, предположительно до начала коллизии с Анабарским геоблоком. Коллизия привела к переработке литосферной мантии до глубин 100 км. Предполагается, что литосферная мантия, характеризующаяся здесь вебстерит-пироксенитовым составом ксенолитов и утоненная до 150 км, подверглась воздействию глубинных расплавов, породивших трапповый магматизм во временном интервале между среднепалеозойским и юрским этапами кимберлитового магматизма. Согласно В.Л. Гриффину с соавторами (Griffin et al., 1999), литосферная мантия в пределах Оленекского геоблока слабо обеднена и имеет более высокую геотерму, что характерно для протонов (территорий с протерозойским возрастом кратонизации фундамента). Деплетирование мантии предположительно обусловлено отделением расплавов, формировавших раннюю кору. Время этого процесса варьирует: для Анабарского тектонического геоблока - 3.1 млрд. лет, для Оленекского - 2.5 млрд. лет. Согласно О.М. Розену с соавторами (Розен и др., 2003), 3.1. млрд. лет назад процессы парциального плавления в мантии вызвали отделение расплавов, их подъем и поступление в кору древних микроконтинентов. Очевидно, к этому времени уже существовала литосфера мощностью не менее 150 км, достаточная для алмазообразования, тогда как кимберлиты возникли значительно позднее при низкой степени плавления истощенной мантии и обогащении расплава несовместимыми элементами. 1.3. Возраст кимберлитовых полей Якутии Сводные данные о возрасте и тектонической позиции объектов, образцы кимберлитов из которых были детально исследованы в данной работе, представлены в таблице 1. В ЯАП алмазоносный кимберлитовый магматизм представлен двумя этапами — средне-палеозойским (330-440 млн. лет), характерным для кимберлитов южной части провинции и некоторых северо-восточных полей, и мезозойским (120-250 млн. лет), характерным для северо-западных полей (см. рис. 1). Для определения изотопного возраста кимберлитов применяются различные радиологические методы в зависимости от наличия в породах того, или иного материала-геохронометра. Наиболее распространены K-Ar, Rb-Sr методы датирования по слюде и U-РЬ методы, использующие цирконы и перовскиты. Основным недостатком К-Аг метода датирования является возможное присутствие "постороннего" 40Аг, который может быть "избыточным" или "унаследованным", в результате чего метод может давать аномально древний возраст кимберлитов. Примером завышения возраста при датировании К-Аг методом является Куойское поле (см. табл. 1). U-Pb методы датирования дают более точные данные, однако недостатком метода является крайне низкое содержание цирконов в кимберлитах и существующая вероятность их ксеногенного происхождения.
Из-за практически полного отсутствия в основной массе кимберлитов Накынского поля минералов, используемых при датировании U-Pb методом (перовскит, циркон), возраст определялся только по слюде. Изотопное датирование кимберлитов Накынского поля проводилось двумя методами: Rb-Sr и Аг-Аг. Согласно разным авторам (Agashev et al, 1998, 1999; Shamshina, Zaitsev, 1998), первые попытки определить время проявления кимберлитового магматизма Накынского поля изотопными методами дали оценку их возраста в интервале значений 332-450 млн. лет. Средневзвешенный возраст, рассчитанный по зернам флогопита (Аг-Аг - метод) (Зайцев и др., 2001) из кимберлитов трубки Ботуобинская (при исключении из расчетов образцов с аномально древними датировками), равен 380±12 млн лет. Флогопиты трубки Нюрбинская имеют средневзвешенный возраст 380±5 млн лет. (Зайцев и др., 2001). Rb-Sr датировки кимберлитов, определенные по их основной массе, дают возраст 444-449 и 384 млн. лет, что в целом выше, чем значения Rb-Sr датировки, полученные A.M. Агашевым (Agashev et al., 1998) по флогопитам кимберлитов поля (332-364 млн лет). Причина этих различий не очень ясна и связана, возможно, с характером и качеством анализируемого материала, либо с нюансами применяемых методик анализа. Например, анализ полученных Rb-Sr данных показывает, что наиболее молодая датировка получена по наиболее измененному образцу кимберлитов (Зайцев и др., 2001).
Вариации составов кимберлитов в пределах Якутской алмазоносной провинции
Вопрос о вариациях вещественного состава (в основном, минералогия, петрохимия) кимберлитов в пределах ЯАП обсуждался уже неоднократно многими исследователями (Илупин и др., 1978, 1990; Владимиров и др., 1990; Илупин, Геншафт, 1994; Ilupin, Roshchina, 2002 и многие другие). Традиционно принято различать кимберлиты южной и северной части ЯАП. Данные различия основаны не только на географическом положении кимберлитов: кимберлиты северной части провинции убого алмазоносны и характеризуются низкими содержаниями пиропа; в южной части провинции не выявлены кимберлиты мезозойского возраста. В настоящей работе изучены кимберлитовые поля (рис. 1), расположенные на территории ЯАП в центральной (Алакитское, Далдынское, Верхне-Мунское), юго-восточной (Накынское), южной (Мирнинское), северо-восточной (из изученных - Чомурдахское, Огонер-Юряхское, Куойское) и северно-западной (Куранахское, Лучаканское, Куонамские) части. Полученные нами данные позволяют сопоставить петрогеохимические характеристики кимберлитов 13 полей ЯАП, используя при этом данные по положению кимберлитовых полей в структуре Сибирской платформы (см. рис. 1, табл. 1). Для большего удобства все изученные поля были разделены на 6 групп по размещению в пределах тектонических блоков, различающихся по возрасту и составу: 1) Накынское палеозойское поле (Мархинский гранит-зеленокаменный террейн (около 3 млрд. лет)); 2) Мирнинское, Далдынское, Алакитское, Верхне-Мунское палеозойские поля (гранулит-гнейсовые Маганский и Далдынский террейны (3.1-3.6 млрд. лет)); 3) Чомурдахское, Огонер-Юряхское палеозойские поля (граница Хапсчанского протерозойского складчатого пояса и гранит-зеленокаменного Биректинского террейна (около 2.5 млрд. лет)); 4) Куонамские, Лучаканское, Куранахское мезозойские поля (Хапсчанский протерозойский складчатый пояса); 5) Куойское мезозойское поле (Биректинский террейн); 6) Харамайское мезозойское поле (Маймечинский террейн). Ниже приведены результаты анализа по группам элементов: петрогенные, редкоземельные, переходные, высокозарядные, легкие литофильные элементы. Петрогенные элементы. Как было отмечено выше, при изучении неоднородности ЯАП (Илупин и др., 1978) были выявлены наиболее показательные породообразующие элементы: Ті, Al, Fe, К, Р, а также предложены в качестве индикаторных отношения FeO/TiC 2 и MgO/SFeO, убывающие по направлению от южных (центральных) полей к северным. От южных к северным полям провинции возрастает величина SiCh/MgO, при этом для южных (за исключением кимберлитов Накьшского поля) она не превышает 1.2; в северных кимберлитах эта величина колеблется, преимущественно, от 1.2 до 1.7. Подтверждается, отмеченное И.П. Илупиным и И.А. Рощиной (Ilupin, Roschina, 2002), своеобразие кимберлитов мезозойского Куойского кимберлитового поля, близких по составу палеозойским кимберлитам южной части провинции, а также отличие Харамайского поля от полей ЯАП повышенными содержаниями фосфора.
На рис. 21 показаны вариации петрогенных элементов в шести группах полей по положению с структуре Сибирской платформы. Сразу обращает внимание довольно четкое разделение кимберлитов ЯАП по содержанию MgO. Наиболее высокой магнезиальностью обладают кимберлиты Маганского и Анабарского геоблоков (#mg 71-85%) и кимберлиты Куойского и Харамайского полей (#mg 72-85%). Сильно отличаются от них кимберлиты Оленекского геоблока, при этом кимберлиты, расположенные на границе Хапсчанского протерозойского складчатого пояса и Биректинского террейна (СВ ветвь полей) обладают более высокой магнезиальностью {#mg 66-87%), чем кимберлиты Хапсчанского протерозойского складчатого пояса (СЗ ветвь полей) (#mg 63-76%). Практически на всех диаграммах (рис. 21), кимберлиты юго-восточного Накьшского, а также северо-восточных Чомурдахского и Огонер-Юряхского полей характеризуются похожим поведением петрогенных элементов и находятся в промежуточной части между северо-западными и южными кимберлитами. Исключение составляют содержания ТіОг и ЫагО, соответственно, более высокие и более низкие в кимберлитах северо-восточных полей, по сравнению с юго-восточным Накынским полем (рис. 21 б, в). В то же время, кимберлиты Хапсчанского протерозойского складчатого пояса (северо-западные) и кимберлиты Маганского и Анабарского геоблоков (южные, юго-западные) по сравнению с восточными полями ЯАП имеют значимую отрицательную корреляцию между содержаниями MgO и ТіОг, CaO, АІ2О3, FeO, К2О и Рг05.(рис. 21 б, г-е, з). Кимберлиты Куойского и Харамайского полей характеризуются на большинстве диаграмм (рис. 21), также, как и кимберлиты восточных полей, довольно слабой корреляцией между указанными вьппе элементами. Практически на всех диаграммах они располагаются в области значений южных кимберлитов, показывая значимое отличие лишь по содержаниям фосфора (рис. 21 з): кимберлиты Куойского поля обладают аномально низкими (0.10-0.18 мае. %), а кимберлиты Харамайского - аномально высокими (0.32-2.36 мае. %) содержаниями Р2О5.
На диаграмме (рис. 4) большинство проанализированных образцов попадают в поле собственно кимберлитов, занимая довольно обширный интервал значений TiOj (0-6 мас. %). Обращают на себя внимание образцы кимберлитов Накынского поля и трубок Интернациональная, Русловая, Надежная, которые тяготеют к нижней границе поля кимберлитов, частично располагаясь вне его контуров. Кимберлиты Маганского и Далдынского террейнов (южная часть ЯАП) располагаются преимущественно в области умеренных значений КгО (0.1-1.4 мае. %) и ТіОг (1-2.7 мас. %), соответствующих полю кимберлитов группы ІА по В.Р. Тейлору (Taylor et al., 1994). Следует иметь в виду, что поведение REE усложняет это соответствие. Большинство образцов кимберлитов Чомурдахского и Огонер-Юряхского полей, расположенных на границе Биректинского террейна и Хапсчанского протерозойского складчатого пояса (СВ ветвь), обладают повышенными концентрациями ТіОг (2.5-5.0 мас. %) при довольно умеренных - КгО (0.1-1.5 мае. %). Среди кимберлитов северо-западных полей, расположенных в пределах протерозойского Хапсчанского протерозойского складчатого пояса (Лучаканское, Куонамские, Куранахское), чаще, чем среди северовосточных, встречаются образцы с повышенными содержаниями и КгО (до 3 мае. %), и ТіОг (до 5.7 мае. %). Кимберлиты Харамайского и Куойского полей, за редким исключением (трубки Русловая и Лесная-1), имеют умеренные значения этих элементов, характерные для южных кимберлитовых полей ЯАП.
Редкоземельные элементы. На рис. 22 изученные кимберлитовые поля разделены на группы по положению в структуре Сибирского кратона. Для каждой из выделенных групп проанализировано поведение и колебания содержаний HREE, LREE, отношение (La/Yb)n, установлены свойственные им характерные черты. От кимберлитовых полей, расположенных в пределах Маганского и Анабарского геоблоков (кроме Накынского поля) к полям Оленекского геоблока (кроме Куойского поля) суммарные содержания REE возрастают. Соотношения между палеозойскими полями, расположенными в пределах Маганского и Далдынского террейнов и Накынским полем (Мархинский террейн) примерно такое же, как между Кепинским и Золотицким полями Архангельской алмазоносной провинции (ААП) (Богатиков и др., 2001)
Минералогические критерии диагностики кимберлитов Якутии
С целью уточнения номенклатуры изученных щелочно-ультраосновных пород дополнительно использованы минералогические критерии — это составы слюд и перовскитов. Были сопоставлены химические составы слюд из типичных кимберлитов (кимберлиты трубок Удачная (по Mitchell, 1995), Малокуонамская, Базовая-2, Биллях-4, дайка Ан. 1) со слюдами из объектов, имеющих сходство по некоторым особенностям петрогеохимии пород с оранжитами (кимберлиты Накынского поля), лампроитами (кимберлиты даек Ан. 12, 5, трубки Лыхчан) и маджгаванитами (кимберлиты трубок Аэрогеологическая, Небайбыт) (Голубева, Цепин, 2004). Слюды. Всего было получено 70 анализов слюд из 11 трубок и даек 6 полей Якутии (рис. 37-42, табл. 8).
Согласно Р. Митчеллу (Mitchell, 1995), по типоморфным особенностям, отражающим разные этапы кристаллизации, изученные слюды были разделены на 3 группы (табл. 8): макрокристы ( 0.5 мм), микрофенокристы (0.01-0.30 мм) и слюда основной массы (0.02-0.10 мм). Все изученные слюды относятся к флогопитам, за исключением слюд из дайки Ан. 5, где тетраферрифлогопит образует каймы вокруг зерен флогопита (табл. 8, ан. 26-28, рис. 39а, 43). Тетраферрифлогопит обнаружен также в дайке Ан. 1 (рис. 386), но малые размеры выделений не позволили определить его химический состав. Макрокристы флогопита изучены в породах дайки Ан. 5 (рис. 39а) и трубки Небайбыт (рис. 41), где они слагают порфировые, иногда до 1 мм, удлиненные вкрапленники, с множеством включений рудных минералов и минералов основной массы щелочных ультраосновных пород. Характерной чертой этих макрокрист является ярко выраженная зональность. В породах дайки Ан. 5 ядро флогопита окружено каймой из тетраферрифлогопита (табл. 8, рис. 39а, 43-45). Макрокристы флогопита из трубки Небайбыт характеризуются повышением содержаний AI2O3, MgO, КгО и ВаО и понижением Fe006iu. от центра к краю (табл. 8, ан. 52-55). Согласно Р. Митчеллу (Mitchell, 1995), наличие подобных трендов: повышение содержаний АЬОз и ВаО (тр. Небайбыт) и развитие кайм тетраферрифлогопита при условии, что центр зерна обогащен АЬОз, позволяет флогопиты данных пород считать типичными для кимберлитов (рис. 43-45). При этом резкое изменение состава слюды от флогопита, обогащенного алюминием, до тетраферрифлогопита (дайка Ан. 5), является свидетельством резких изменений условий в ходе последних стадий кристаллизации, в том числе при изменении окислительно-восстановительного режима (Mitchell, 1995). С условиями кристаллизации связывают и наличие тетраферрифлогопита во вторичных включениях расплава, законсервированных в оливине кимберлитов трубки Удачная (Головин и др., 2003). Предполагается, что кимберлитовый расплав на поздних стадиях кристаллизации имел силикатно-карбонатный состав с высоким содержанием летучих: эволюция кимберлитового расплава была направлена в сторону повышения количества СаО, ИагО, К2О, FeO, летучих и понижения Si02, MgO, AI2O3.
Микрофенокристы флогопита часто слагают гипидиоморфные вкрапленники, в большинстве которых отсутствуют включения других минералов (тр. Нюрбинская, Ботуобинская, Аэрогеологическая, Малокуонамская, Базовая-2), а если и присутствуют, то в незначительных количествах (дайки Ан. 1, 12, трубка Лыхчан). Включения . представлены рудными минералами и перовскитом. Зональность в изученных микрофенокристах проявлена нечетко или отсутствует (табл. 8). Флогопит основной массы слагает мелкие чешуйки и не превышает по размеру 0.1 мм. На рис. 43-45 видно, что в поле кимберлитов, согласно (Mitchell, 1995), попадают анализы микрофенокристов флогопита из пород трубки Нюрбинская, дайки Ан. 1 и типичных кимберлитов трубок Малокуонамская и Базовая-2. Анализы слюд из трубок Ботуобинская, Аэрогеологическая, Лыхчан, Биллях-4, дайки Ан. 12 попадают в поле оранжитов; в это же поле попадает слюда из основной массы пород трубок Нюрбинская, Ботуобинская и Аэрогеологическая.
Таким образом, все три группы слюд, выделенные по морфологическим признакам, отвечают флогопитам, состав которых варьирует; тетраферрифлогопит, наличие которого рассматривается в числе индикаторных признаков оранжитов (Mitchell, 1995), встречается в виде каемок лишь в некоторых образцах. Особый интерес вызывают кимберлиты Накынского поля (трубки Ботуобинская и Нюрбинская), которые по мнению некоторых исследователей (Томшин и др., 1998), могут сопоставляться с кимберлитам группы II Южной Африки. Как показали предыдущие исследования, по геохимическим и изотопным характеристикам кимберлиты Накынского поля сопоставимы с кимберлитами Золотицкого поля Архангельской провинции (Голубева и др., 2003, Голубева и др., 2004) и кимберлитами Снэп-Лэйк (провинция Слэйв, Канада) (Pokhilenko et. al, 2003а). При этом содержание АЬОз во флогопитах из кимберлитов Золотицкого поля колеблется в пределах 12.5-16 мае. % (Архангельская алмазоносная провинция, 1999), в флогопитах из кимберлитов Снэп-Лэйк так же наблюдаются широкие вариации содержаний АЬОз (11.8-19.6 мае. %) (Mogg et. al, 2003; Pokhilenko et. al, 2003b), что сочетается с полученными нами данными по кимберлитам Накынского поля (табл. 8). Несколько пониженные содержания ВаО Н.П. Похиленко с соавторами (Pokhilenko et. al, 2003b) объясняет вторичными изменениями флогопита. Некоторые противоречия, связанные с минералогическими критериями Р. Митчелла (Mitchell, 1995), установлены в трубке Биллях-4, которая по петрогеохимическим признакам сложена кимберлитами, а микрофенокристы флогопита из этой трубки характеризуются пониженными содержаниями АЬОз (9.79-10.70 мае. %). Видимо, как и в случае с кимберлитами Накынского поля, данная особенность отражает состав расплава и условия кристаллизации кимберлитов. Наиболее необычными составами обладают слюды из щелочных ультраосновных пород трубки Лыхчан и дайки аномалии 12. На рис. 43-45 анализы этих слюд попадают на тренды, характерные для оранжитов и лампроитов. На диаграмме К2О-ТІО2 (рис. 4) точки химических составов данных пород так же располагаются рядом, согласно (Taylor et. al, 1994), они попадают в поле оливиновых лампроитов. Слюды из трубки Лыхчан и дайки 4 аномалии 12 отличаются высоким содержанием Fe006m. (7.15-9.56 мас.%), что смещает их в сторону биотита на рис. 43. Похожими содержаниями FeO06m обладает флогопит из основной массы трубки Нюрбинская. Кроме этого, в флогопитах из трубки Лыхчан, наряду с низкими значениями АЬОз, наблюдается обеднение ВаО от центра к краю микрофенокриста. Данный тренд является необычным для кимберлитов, но согласно Р. Митчеллу (Mitchell, 1995), встречается в кимберлитах Намибии. Перовскит. Всего получено 10 анализов перовскитов (табл. 9). Содержание перовскита широко варьирует в изученных породах: от практически полного отсутствия до 50-60% в основной массе породы. Изучались породы с наиболее высоким содержанием перовскита: трубки Аэрогеологическая и Лыхчан (табл. 9, рис. 46-47). В основной массе пород данных трубок перовскит имеет округлую форму, нередко с элементами огранки. В кимберлитах трубки Лыхчан, перовскит вместе с титаномагнетитом образуют реакционные каймы вокруг зерен пикроильменита. Размер зерен перовскита из изученных пород составляет 0.07-0.12 мм.
