Способ оценки типа магматического материала в осадочных породах при поиске коренных месторождений алмазов в пределах алмазоносных районов
METHOD FOR ASSESSING THE TYPE OF IGNEOUS MATERIAL IN SEDIMENTARY ROCKS WHEN PROSPECTING FOR PRIMARY DIAMOND DEPOSITS WITHIN DIAMOND-BEARING AREAS

Изобретение относится к минералого-геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых, а именно к методам поисков коренных месторождений алмазов кимберлитового типа.
Известен способ оценки перспективности поисковых площадей на предмет обнаружения коренных месторождений алмазов по минералам-спутникам алмаза [А.С. СССР №589870], выделенным из шлиховых проб, полученных при опробовании современного аллювия. Этот способ направлен на определении пиропов низкокальциевого высокохромистого состава, соответствующих «алмазной ассоциации». Высокое содержание пиропов этого типа и наличие у зерен «первично-магматической» поверхности, то есть без морфологических признаков механического износа или химического растворения, позволяют локализовать в пределах поисковых площадей участки, перспективные в плане обнаружения алмазоносного кимберлитового объекта. Основным недостатком этого способа является низкая эффективность его применения при поисковых работах на территориях, имеющих значительные по мощности отложения осадочных пород, перекрывающие в том числе известные в районе кимберлитовые объекты и низкое содержание минералов индикаторов в этих объектах.
Известен способ определения перспективных в плане обнаружения алмаз содержащих объектов, основанный на отборе шлиховых проб осадочных пород и выявлению в них ассоциации высокохромистых минералов-спутников алмаза с «первично-магматической» поверхностью и триоктаэдрического смектита, т.е. сапонита [РФ патент №2062493]. Основным недостатком этого способа является его ограниченное использование при определении точной локализации самого магматического объекта, а также невозможность определения конкретного типа магматической породы, что особенно необходимо при поисковых работах в районах, где обнаружены различные виды магматических пород основного и ультраосновного состава (кимберлиты, лампроиты, пикриты, мелилититы, базальты, карбонатиты), которые также содержат и минералы-спутники алмаза, и сапонит.
Наиболее близок к заявляемому является способ поисков кимберлитовых структур, основанный на выделении перспективных на предмет обнаружения коренных источников алмаза участков по закономерностям распределения редких элементов (например, Ва, Sc, Mn, Cr, La, Pb, Со, Р, Zn, Ni, Mo, Cd, Sn) в литогеохимических пробах [РФ патент №2117319]. Недостатком этого способа является то, что не учитывается возможное влияние других пород основного-ультраосновного состава на составы осадочных пород и не оцениваются особенности состава вмещающих и перекрывающих пород, которые могут давать «ложное» обогащение осадочных пород перечисленными выше элементами, абсолютно не связанное с объектами кимберлитового магматизма.
Методики, основанные на изучении минералов-спутников алмаза и используемые для локализации алмаз содержащего объекта, являются второстепенными при поисковых работах на территориях, где магматические объекты перекрыты осадочными породами и в строении имеют кратерную часть. Такие объекты могут быть обнаружены только при проведении на локализованных перспективных площадях комплекса геофизических методик, включающих в себя аэромагнитную и наземную магнитную съемки. Применение данных методик позволяет выделить контрастные от вмещающих осадочных пород аномалии «трубочного» типа, которые должны быть заверены впоследствии бурением. Если магматических объект имеет в строении кратерную часть, то породы верхних горизонтов кратера могут не отличаться от вмещающих осадочных пород, и при заверочном бурении зачастую интерпретируются как вмещающие породы, что приводит к ложному выводу о бесперспективности продолжения опробования данного объекта. Появление же в осадочных породах визуально диагностируемого магматического материала и минералов-спутников алмаза рассматривается как положительный критерий для проведения дальнейшего бурения до глубин опробования самого магматического тела, которое в результате может являться или не алмазоносным кимберлитом, или не кимберлитом, а близкой по составу породой основного-ультраосновного состава.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и точности определения типа магматической породы, являющегося объектом опробования (например, методом бурения), для оценки целесообразности проведения дальнейших поисковых работ коренных месторождений алмазов и их корректировки.
Указанный технический результат достигается тем, что оценку типа магматического материала в осадочных породах при поиске коренных месторождений алмазов в пределах алмазоносных районов осуществляют на основе геохимического анализа образцов отобранных проб, при последовательном выполнении следующих действий:
1) в отобранных пробах оценивают объемный процент магматического материала в образцах,
2) определяют концентрации главных и редких элементов: Ni, La, Zr, Nb, Yb,
3) формируют расчетные диаграммы трендов бинарного смешения средних составов вмещающих осадочных пород и типичных для района опробования магматических пород основного-ультраосновного состава по соотношениям концентраций редких элементов к никелю: La/Yb к Ni и Zr/Nb к Ni,
4) при содержании магматического материала менее 10 об.% исключают или подтверждают принадлежность исследуемых образцов к вмещающим или перекрывающим осадочным породам на основании сопоставления данных по значениям соотношений Zr/Nb к Ni, полученных для изучаемых образцов и известных для вмещающих и перекрывающих пород района опробования,
5) при содержании магматического материала в образцах в количестве 10 об.% и более определяют тип примеси магматического материала на основании сопоставления данных по соотношению значений Zr/Nb к Ni и La/Yb к Ni в исследуемых образцах с соответствующими расчетными данными, полученными в результате бинарного смешения средних составов вмещающих осадочных пород и магматических пород основного-ультраосновного состава исследуемого района.
2
2
В качестве дополнительного признака для исключения или подтверждения принадлежности исследуемого образца к вмещающим осадочным породам при содержании магматического материала менее 10 об.% проводят сопоставление концентраций главных элементов, таких как MgO и SiO, определенных в исследуемых образцах с концентрациями MgO и SiO в известных составах вмещающих осадочных пород района опробования.
В качестве еще одного дополнительного признака для исключения принадлежности исследуемых образцов к вмещающим и перекрывающим осадочным породам используют идентификацию в магматическом материале исследуемых образцов минералов, таких как высокомагниевый оливин, серпентин или минералы группы смектита, такие как монтмориллонит и, особенно, сапонит, что позволяет охарактеризовать исследуемые образцы, как не вмещающие, и не перекрывающие осадочные породы.
Эмпирически установлено, что осадочные породы, слагающие кратерные части трубок взрыва и перекрывающие их, имеют различный, но специфический состав, зависящий от состава самого магматического объекта, и абсолютно отличаются от составов вмещающих осадочных пород. Появление и увеличение доли магматического материала в осадочных породах позволяет проследить тренд изменения их состава. При этом установлено, что примесь магматического материала разных пород основного и ультраосновного состава (кимберлит, пикрит, мелилитит, базальт, карбонатит) дает специфические тренды обогащение осадочных пород, наиболее четко диагностируемые по концентрациям Ni и значениям отношений Zr/Nb и La/Yb.
Согласно изобретению, способ определения типа опробуемой магматической породы, примесь которой может идентифицироваться в исследуемых осадочных породах, основывается на последовательном выполнении следующих действий:
1) Отбор проб осадочных пород и их измельчение до порошкообразного состояния.
2) Если в осадочной породе визуально диагностируется магматический материал, оценка его объемного процента. Отбор магматического материала из породы. Измельчение породы в целом и отдельно магматического материала до порошкообразного состояния.
3) Определение концентраций главных и редких элементов методами рентгенофлуоресцентной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией (LA-ICP-MS) соответственно.
4) Определение вида/класса/группы минералов, представляющих магматический материал методом рентгенофазового анализа. Идентификация высокомагниевого оливина, серпентина или минералов группы смектита, таких как монтмориллонит и, особенно, сапонит, является вспомогательным признаком определения исследуемых осадочных пород как не вмещающие, и не перекрывающие.
2
5) Исключение/подтверждение принадлежности исследуемых образцов к вмещающим осадочным породам. Если в исследуемых образцах визуально не диагностируется магматический материал, но их составы отличаются от известных составов вмещающих пород по более низким концентрациям SiO и более высоким концентрациям MgO и Ni, принадлежность к вмещающим породам может быть исключена; если данные отличия не наблюдаются, исследуемые породы определяются как вмещающие.
6) Исключение/подтверждение принадлежности исследуемых образцов к перекрывающим осадочным породам. Если в исследуемых образцах визуально не диагностируется магматический материал, но при варьирующих значениях Zr/Nb концентрации Ni в их составах превышает максимально известные значения Ni в перекрывающих породах, принадлежность к перекрывающим породам может быть исключена; если данные отличия не наблюдаются, исследуемые породы определяются как перекрывающие.
7) Исключение/подтверждение типа примеси магматического материала как карбонатитовый. Если в исследуемых образцах визуально диагностируется магматический материал, и в составах пород не наблюдается увеличение значений соотношений La/Yb к Ni, то принадлежность магматического материала к карбонатитовому типу может быть исключена; если данная корреляция наблюдается, то магматический материал определяется как карбонатитовый.
8) Исключение/подтверждение типа примеси магматического материала как базальтовый. Если в исследуемых образцах визуально диагностируется магматический материал, но его доля в породе менее 50 об. %, и значения концентраций Ni превышают максимально известные значения Ni в базальтах, известных в исследуемом районе, то принадлежность магматического материала к базальтовому типу может быть исключена; если доля магматического материала в исследуемой породе более 50 об. %, а концентрации Ni не превышают таковых в базальтах, известных в исследуемом районе, то принадлежность магматического материала к базальтовому типу может быть подтверждена.
9) Исключение/подтверждение типа примеси магматического материала как пикритовый/мелилититовый или кимберлитовый. Если в исследуемых образцах визуально диагностируется магматический материал, и при увеличении его количества в породах наблюдаются отрицательная корреляция между значениями Zr/Nb и концентрациями Ni, а составы исследуемых пород соответствуют расчетным, полученным в результате бинарного смешения средних составов вмещающей осадочной породы исследуемого района и типичных кимберлитовых объектов при равных (±10%) значениях наблюденной и расчетной доли магматического материала, тип магматического материала может быть определен как кимберлитовый; если в составах пород при наличии отрицательной корреляции между значениями Zr/Nb и концентрациями Ni наблюденные и расчетные объемные доли магматического материала соответствуют таковым для тренда смешения с пикритом/мелилититом и отличаются на 20-40 об. % от таковых для расчетного тренда с кимберлитом, тип магматического материала может быть определен как пикритовый/мелилититовый.
На фиг. 1 представлена диаграмма трендов бинарного смешения средних составов Вендского песчаника и магматических пород Архангельской алмазоносной провинции по соотношению Zr/Nb и Ni. На фиг. 2 - диаграмма трендов бинарного смешения средних составов Вендского песчаника и магматических пород Архангельской алмазоносной провинции по соотношению La/Yb и Ni. На фиг. 3 - положение точек составов песчаников из трубки KL-01 на диаграмме трендов бинарного смешения средних составов Вендского песчаника и магматических пород Архангельской алмазоносной провинции по соотношению Zr/Nb и Ni. На фиг. 4 - положение точек составов песчаников из трубки KL-01 на диаграмме трендов бинарного смешения средних составов Вендского песчаника и магматических пород Архангельской алмазоносной провинции по соотношению La/Yb и Ni.
В качестве примера, показывающего осуществление изобретения, использованы данные по составам магматических и осадочных пород Архангельской алмазоносной провинции.
На территории Архангельской алмазоносной провинции к настоящему времени обнаружены несколько типов магматических пород основного-ультраосновного состава, представленных преимущественно в виде трубок взрыва, которые прорывают слаболитифицированные осадочные породы (в основном песчаники) Вендского возраста. Большинство трубок имеют в строении кратерную часть, и все перекрыты различными по мощности толщами осадочных пород. Изучение вмещающих и перекрывающих песчаников и пород кратерных частей трубок показало, что составы песчаников кратерных частей с различной объемной долей примеси магматического материала, соответствуют расчетному тренду бинарного смешения средних составов песчаника Вендского возраста и самого магматического объекта на диаграмме отношения Zr/Nb и Ni (фиг. 1). Составы 100% песчаников из кратерной части кимберлитовой трубки им. В. Гриба отличны от составов песчаников Вендского возраста, а составы 75% образцов песчаников с долей магматического материала менее 20% (ММ<20 об. % на фиг. 1) четко отличаются от составов песчаников Урзугской свиты, перекрывающих трубку. Составы остальных образцов песчаников с долей магматического материала более 20%, но менее 40 об. % (20<ММ<40 об. % на фиг. 1) и более 40% (ММ>40 об. % на фиг. 1) в стопроцентном количестве близки или соответствуют расчетному тренду бинарного смешения песчаников Вендского возраста и кимберлита трубки им. В. Гриба (фиг. 1). Составы песчаников с долей магматического материала ~ 50 об. % из пикритовой/мелилититовой трубки Суксома абсолютно соответствуют таковым, полученных при моделировании вплоть до соответствия в наблюденном и расчетном количестве магматического материала (фиг. 1). Составы песчаников из кимберлитовых трубок Кепинского поля также близки к расчетному тренду. Показанный пример продемонстрировал, что использование данных по содержанию Ni и значениям отношения Zr/Nb в осадочных породах, опробуемых при заверке потенциального магматического объекта, позволяет не только отличить их от вмещающих и перекрывающих пород и определить тип магматического материала, обнаруженного в виде примеси в них, но и оценить состав кимберлита, например, для Архангельской провинции это могут быть Кепинский тип, Золотицкий (месторождения им. М.В. Ломоносова) или сходный с трубкой им. В. Гриба. На фиг. 2 показаны тренды смешения песчаников Вендского возраста и типичных магматических объектов Архангельской провинции по значениям отношений La/Yb и концентрациям Ni. На рисунке продемонстрировано, что добавление в расчет даже 10 об. % карбонатита дает значение La/Yb в 2-3 раза выше, чем таковые для всех остальных магматических пород, а максимальные концентрации Ni при этом не превышают 20 г/т.Добавка большего количества карбонатита в расчет приводит к максимальному увеличению соотношения La/Yb к Ni от 1.2 до 2 при вариациях Ni от 10 до 135 г/т, в то время как для остальных магматических пород провинции значения La/Yb и соотношение La/Yb к Ni будут уменьшаться, а концентрации Ni увеличиваться при увеличении доли магматического компонента. Тренд смешения с карбонатизированным кимберлитом занимает промежуточное положение между таковыми с карбонатитом и другими породами провинции (фиг. 2), но отличается от последних более высокими значениями соотношения La/Yb к Ni от 0.4 до 0.2 при концентрации Ni 28-485 г/т. Составы песчаников из кратеров магматических объектов Архангельской провинции полностью соответствуют расчетным трендам.
Возможность получения при осуществлении изобретения технического результата подтверждена следующими исследованиями.
На юге Архангельской алмазоносной провинции локализована перспективная в плане обнаружения новых коренных источников алмаза площадь, на территории которой идентифицирована аномалия «трубочного» типа KL-01. Заверка аномалии двумя скважинами методом бурения показало наличие красно-коричневых песчаников, содержащих примесь магматического материала в количестве от менее 1 до 10 об. % в интервале глубин от поверхности 140-250 м для скважины 1 и до 30 об. % в интервале глубин 80-150 м для скважины 2. Минералы-спутники алмаза в исследуемых породах визуально не диагностируются. Для определения необходимости и перспективности дальнейшего опробования объекта было использовано предлагаемое изобретение.
Каждая скважина была разделена на условные слои на основании объемного количества магматического материала в осадочных породах: менее 1 об. % в интервале 140-170 м (слой 1) и 1-10 об. % в интервале 170-250 м (слой 2) для скважины 1; 10-20 об. % в интервале 80-140 м (слой 3) и 20-30 об. % в интервале 140-150 м (слой 4) для скважины 2. Методом рентгенофазового анализа установлено, что магматический материал в породах представлен минералами группы смектита, а именно, преобладающим монтмориллонитом при подчиненном количестве сапонита. Определение концентраций главных и редких элементов и использование предлагаемой методики позволили установить следующее:
1) Значения отношения Zr/Nb и Ni (фиг. 3) указывают на то, что 100% исследуемых песчаников из трубки KL-01 не могут быть идентифицированы как вмещающие породы, а составы 77% образцов четко отличаются от составов перекрывающих песчаников Урзугской свиты.
2) Значения соотношений La/Yb к Ni (фиг. 4) в песчаниках трубки KL-01 свидетельствуют о том, что примесь магматического материала в них не может быть диагностирована как карбонатитовая.
3) Доля осадочного компонента преобладает (более 50 об. %) над магматическим, при этом максимальные концентрации Ni в песчаниках трубки KL-01 достигают значений 104-227 г/т в образцах из слоя 4, что существенно выше таковых в известных базальтовых объектах провинции, для которых максимальные концентрации Ni установлены в пределах 77-158 г/т (среднее 90 г/т), что исключает определение примеси магматического материала в песчаниках трубки KL-01 как базальтовую.
4) Положение точек составов песчаников из трубки KL-01 из слоя 4, содержащие 20-30 об. % магматического материала, на диаграмме отношения Zr/Nb и Ni (фиг. 3) абсолютно не соответствует расчетному тренду смешения Вендского песчаника и слюдяного пикрита/мелилитита как по значениям Zr/Nb и Ni, так и по количеству наблюденной и расчетной доли магматического материала, что позволяет исключить тип примеси магматического материла как пикритовый/мелилититовый.
5) Положение точек составов песчаников из трубки KL-01 из слоя 4, содержащие 20-30 об. % магматического материала, на диаграмме отношения Zr/Nb и Ni близки к расчетным трендам смешения Вендского песчаника с кимберлитом Кепинского типа и трубки им. В. Гриба, что позволяет идентифицировать примесь магматического материала в песчаниках KL-01 как кимберлитовую, предположительно имеющую состав, близкий к кимберлитам трубки им. В. Гриба.
Полученный результат позволяет сделать вывод о том, что исследуемые песчаники представляют собой породы кратерной части новой кимберлитовой трубки, а сам объект диагностируется как перспективный в плане продолжения поисково-разведочных работ. Полученные данные также могут быть использованы для корректировки дальнейшего бурения: наиболее перспективные участки в плане опробования кимберлитового объекта расположены в районе скважины №2, а глубина границы кратерной и диатремовой части кимберлита может располагаться на глубине более 150 м.