Происхождение некимберлитовых алмазов

О 1 2 см

АЛМАЗОВ

В. С. Шкодзинский

Владимир Степанович Шкодзинский,

доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Института геологии алмазов и благородных металлов СО РАН

В древние времена алмазы добывали только из россыпей, сначала в Индии и Борнео, а затем в Бразилии. В конце девятнадцатого века алмазоносные кимберлитовые трубки были открыты в Южной Африке. После этого сложилось мнение, что кимберлиты являются главным первичным источником алмазов, поэтому около алмазоносных россыпей пытались искать кимберлитовые трубки. Несмотря на огромные затраты труда и средств, найти такие трубки не удалось.

Ярким примером являются россыпи Северной Якутии. Здесь в сравнительно небольшом по площади бассейне р. Эбелях (~ 2000 км2) находится около половины россып-

ных алмазов России [1]. При этом за пределами этого бассейна в районе промышленных кимберлитовых трубок количество алмазов в россыпях примерно в 2,5 раза меньше, чем в эбеляхских, несмотря на то, что 300 -500 м верхних частей трубок размыты и, следовательно, их алмазы переместились в россыпи. Это привело к предположению, что кимберлито-вые трубки, как коренные источники россыпей Северной Якутии, должны быть уникально богаты алмазами, поэтому очень важно их найти.

Однако исследования в течение десятков лет не привели к их открытию, хотя главные промышленные кимберлитовые трубки в Западной Якутии были найдены, в основном,

На фото вверху - алмазы северных россыпей Якутии. Р. Б. Куанапка [3]

за 5 - 6 лет поисков. Обнаруженные же кимберлитовые трубки в районе северных россыпей не алмазоносны или скудно алмазоносны. Выяснилось также, что широко распространенные (до 57%) в россыпях темные алмазы V и VII разновидностей, по Ю. Л. Орлову, в кимберлитах Якутии отсутствуют.

Причина безрезультатных попыток найти коренные источники алмазов в россыпях была непонятной. Чаще всего предполагалось, что эти источники находятся очень далеко от россыпей, поэтому обнаружить их трудно. Для северных россыпей Якутии высказывалось мнение, что их алмазы принесены из трубок, существовавших в прошлом на сотни километров севернее, в районе моря Лаптевых [2] или в Приверхоянском прогибе [1]. Однако имеются серьезные противоречия этим предположениям. Северные россыпи содержат, в основном, гальку местных пород, тогда как при поступлении алмазов с Севера в них должно было бы находиться большое количество обломков разнообразных вулканитов, широко распространенных на окраине Сибирской платформы. В россыпях дальнего переноса обычно отсутствуют высокодефектные кристаллы алмазов вследствие их разрушения при перемещениях [4]. Между тем в северных россыпях до половины алмазов составляют высокодефектные разновидности V и VII. Для них характерны трещиноватость, блоковое и фибриллярное строение [5] и обилие флюидных включений, вследствие которых они имеют темный цвет. Такие алмазы должны интенсивно дробиться при переносе и вряд ли могут перемещаться на далекие расстояния.

Очевидно, что для решения проблемы коренных источников россыпей необходимо выяснить происхождение типичных для них алмазов. Как показал анализ опубликованных данных, для многочисленных россыпей с неустановленными коренными источниками во всем мире характерна высокая доля округлых додека-эдроидов алмаза. Для них обычно предполагается образование путем частичного растворения октаэдричес-ких кристаллов этого минерала в мантии. Однако этому предположению противоречит присутствие иногда округлой внутренней ростовой зональности в таких додекаэдроидах, обычно больший их размер по сравнению с плоскогранными кристаллами и пониженная величина удельной интенсивности рентгенолюминес-ценции. Эти особенности указывают на их образование вследствие постепенного уменьшения площади формировавшихся слоев роста на гранях кристаллов под влиянием увеличения вязкости остаточного расплава и падения скорости диффузии углерода в нем в процессе кристаллизации магм [6].

Вязкость остаточного расплава сильно возрастает с увеличением содержания кремнекислоты в нем, поэтому округлые алмазы кристаллизовались в магмах, богатых этим компонентом. Данный вывод подтверждается резким возрастанием доли округлых алмазов с увеличением количества кремнекислоты в кимберлитах и лампроитах (рис. 1). Эти магматические породы содержат соответственно 5 - 45 и 35 - 60% SiO2 (рис. 2). Доля округлых алмазов в россыпях с неизвестным коренным источником

60 --

о со

50 -

см

о

40 "

30

40% округлые

Рис. 1. Возрастание доли округлых алмазов с увеличением содержания кремнекислоты в кимберлитах [6]

ЗЮ2,

40

20

% $ +

I

1 °2 +3

Л:--• •

• •• • • .ч

• •

• • • •

•

• • ••

•• и* V»

+

о

10

20

С02, %

Рис. 2. Соотношение содержаний кремнекислоты и углекислоты в кимберлитах (1), оливиновых (2) и лейцитовых (3) лампроитах [6]

обычно более 60%, поэтому коренным источником таких россыпей в основном являются лампроиты и близкие к ним щелочно-основные породы, а не кимберлиты, как чаще всего предполагалось.

Лампроитовую природу коренных источников россыпей северовосточной части Якутии предполагали некоторые исследователи [7]. Однако это предположение само по себе не решает проблему, поскольку не ясно, почему до сих пор в регионе не найдены алмазоносные лам-проитовые диатремы. Ответ на этот вопрос дают результаты разработки автором количественных моделей эволюции магм при подъеме [6]. Из них следует, что кимберлитовые и другие относительно низкотемпературные магмы после вскипания при подъеме начинали интенсивно затвердевать (участки 4 на линиях эволюции на рис. 3). Это обусловлено тем, что летучие компоненты являются сильными плавнями, поэтому уменьшение их концентрации под влиянием выкипания расплава при декомпрессии приводило к его кристаллизации. Она сопровождалась взрывом затвердевших верхних частей магматических колонн под действием законсервированного затвердеванием высокого внутреннего давления газовой фазы (участки 5). В результате формировались взрывные диатремы и различные брекчии.

Протяженность диатрем в основном определялась глубиной выделения труднорастворимых в расплаве летучих компонентов, главным образом углекислоты. Рис. 2 иллюстрирует, что содержание ее в лампроитах в среднем составляет около 1%, а в кимберлитах - около 18%, то есть в среднем углекислоты в лампроитах примерно в 18 раз меньше, чем в кимберлитах. Из этого следует, что протяженность лампроитовых диатрем должна быть в среднем примерно во столько же раз меньше, чем кимберлитовых. Кимберлитовые трубки (диатремы небольшого горизонтального сечения) имеют первоначальную протяженность порядка 1 - 2 км. Следовательно, лампроитовые диатремы должны иметь глубину десятки - первые сотни метров. При такой небольшой протяженности они должны очень быстро полностью уничтожаться эрозией, поскольку уровень среза промышленных трубок в Якутии составляет сотни метров, а в Африке достигает полутора километров. Поэтому найти лампроитовые

Р.ГПа

Рис. 3. Р-Т диаграмма фазового состава и эволюции кимберлитовых магм.

Линии со стрелками - различные варианты подъема магм. Цифры на линиях -этапы эволюции: 0 - домагматический, связанный с остыванием мантии; 1 и 2 - соответственно фрикционного и декомпрессионно-фрикционного плавления;

3, 4 и 5 - декомпрессионного плавления, декомпрессионного затвердевания и эксплозивной дезинтеграции магм. СЬ - твердые фазы карбонатита; F - флюид; Fl - флогопит; Эа - гранат; Gf - графит; К1 и К - твердые фазы кимберлита в ликвидусных и более низкотемпературных условиях; L - расплав и содержание в нем воды (нижний индекс) и углекислоты (верхний); вр - шпинель. Тонкие линии А, В, Г, Д - различные геотермические градиенты. Рисунки кристаллов примерно отражают морфологию формировавшихся алмазов [6]

диатремы в районе северных россыпей вряд ли возможно, но подводящие их каналы, представленные небольшими плоскими вертикальными телами (дайками), должны были сохраниться.

Важной особенностью взрывов лампроитовых магм является то, что вследствие небольшой протяженности и объема образованных ими диатрем главная масса раздробленного взрывом материала выбрасывалась на земную поверхность и формировала покровы раздробленных алмазоносных пород (туфов). Большая часть этих покровов быстро перемывалась с перемещением алмазов в понижения и с образованием алмазоносных россыпей. Площадь распространения продуктов взрыва

крупного вулкана может достигать многих сотен тысяч квадратных километров. Это объясняет присутствие россыпей с неустановленными источниками на огромных площадях. В северо-восточной Якутии они присутствуют на площади около 400 тыс. км2 [1], в Бразилии -на нескольких миллионах квадратных километров [4].

Остатки алмазоносных вулканических покровов могли сохраняться в том случае, если их материал падал в водоемы и быстро перекрывался более молодыми осадками. Сформированные таким материалом высокоалмазоносные туффизиты недавно обнаружены в породах триаса в приустьевой части р. Лены [8]. Их алмазы полностью идентичны таковым в россыпях. Аналогичные породы установлены фирмой Диагем в местности Джуина в Бразилии. Эти породы, а не мифические кимберлитовые трубки, являются главными коренными источниками преимущественно округлых алмазов в россыпях. Но большинством специалистов это положение еще не признано. Игнорирование такого коренного источника россыпей с округлыми алмазами привело к малоэффективным затратам огромного труда и средств на бесполезные поиски в ложном направлении.

Возникает вопрос, где формировались лампроито-вые и близкие к ним по составу магмы и выносимые ими алмазы? Теоретически существует только две области в мантии, где имеется давление, достаточно большое для кристаллизации алмазов при магмообразовании (рис. 4). Это нижние части континентальной литосферы, где при затвердевании перидотитового слоя магматического океана формировались кимберлито-вые остаточные расплавы и выносимые ими алмазы.

россыпи,

Рис. 4. Схема образования алмазоносных нижнелитосферных кимберлитовых и плюмовых лампроитовых магм

Второй областью являются мантийные восходящие потоки (плюмы), в которых под влиянием декомпрессии при подъеме образовались очаги основных магм путем плавления идентичных им по составу пород (эклогитов). Дифференциация этих магм при кристаллизации в условиях высокого давления под мощной континентальной литосферой приводила к образованию лампроитовых и родственных им щелочных остаточных расплавов и могла сопровождаться кристаллизацией алмазов.

Все особенности россыпей с округлыми алмазами подтверждают такой их генезис. Эти алмазы содержат, в основном, включения минералов эклогитов [1, 3], что прямо свидетельствует о возникновении их родоначаль-ных магм путем плавления данных пород. Казалось бы, парадоксальной особенностью округлых алмазов россыпей является иногда присутствие в них одновременно включений минералов как нижней, так и верхней мантии. Такое сонахождение включений резко разноглубинных минералов установлено в местности Джуина в Бразилии, в юго-восточной Австралии и в некоторых других регионах [9]. Очевидно, что оно хорошо объясняется кристаллизацией алмазов в поднимающихся плюмах сначала в условиях нижней, а затем верхней мантий.

Высокая вязкость богатых кремнекислотой основных магм (по сравнению с кимберлитовыми) и ее повышение в остаточных расплавах при кристаллизации является причиной уменьшения скорости диффузии углерода в них. Это приводило к образованию все меньших по площади слоев роста на гранях кристаллов и к массовому возникновению округлых алмазов. На ранних стадиях фракционирования, когда вязкость расплавов была еще небольшой, кристаллизовалось также небольшое количество плоскогранных алмазов. Они обычно присутствуют в россыпях, наряду с преобладающими округлыми, поэтому нет оснований предполагать различный их генезис. В процессе кристаллизации магматических очагов происходило интенсивное накопление летучих компонентов в остаточных расплавах. Это иногда приводило к кристаллизации в них богатых флюидными включениями поздних алмазов разновидностей V и VII. Присутствие таких алмазов указывает, что их выносили поздние, богатые щелочами и летучими компонентами остаточные магмы. Высокое содержание летучих компонентов является причиной интенсивного замещения сформированных ими пород низкотемпературными минералами.

Подъем мантийных плюмов происходил преимущественно на окраинах древних платформ на границе их с подвижными поясами и океанами. Это объясняет приуроченность россыпей с округлыми алмазами главным образом к краям платформ и к пограничным с ними подвижным поясам [2, 9]. В океанических областях обычно нет мощной литосферы, которая создает необходимое для алмазообразования высокое давление в магматических очагах плюмов, поэтому алмазоносные россыпи не типичны для этих областей.

Приведенное рассмотрение вполне определенно свидетельствует о формировании округлых и ассоциирующихся с ними плоскогранных алмазов в

поднимающихся мантийных плюмах. Это позволяет выделить плюмовые, преимущественно лампроитовые алмазы, в отличие от нижнелитосферных кимберлито-вых (см. рис. 4). Подъем магм, содержащих плюмовые алмазы, не сопровождался формированием протяженных диатрем, относительно легко устанавливаемых геофизическими исследованиями, поэтому для широко распространенных россыпей с такими алмазами обычно не удается выявить ранее предполагавшиеся их диатремовые коренные источники.

Список литературы

1. Граханов, С. А. Россыпи алмазов России/С. А. Гоа-ханов [и др.]. - Новосибирск: Гео, 2007. - 457 с.

2. Мальков, А. Б. Ксенолиты и ксенокристаллы в кимберлитах России / А. Б. Мальков. - Сыктывкар, 2009. - 96 с.

3. Зинчук, Н. Н. Типоморфизм алмазов Сибирской платформы / Н. Н. Зинчук, В. И. Коптиль. - М.: Недра, 2003. - 603 с.

4. Подчасов, В. М. Россыпи алмазов мира / В. М. Подчасов и др. - М.: Геоинформарк, 2005. - 747 с.

5. Афанасьев, В. П. Минералогия и некоторые вопросы генезиса алмазов V и VII разновидности (по классификации Ю. Л. Орлова) / В. П. Афанасьев // Вестн. Воронеж. ун-та. Геология. - 2000. - № 5 (10). -С. 79-96.

6. Шкодзинский, В. С. Петрология литосферы и кимберлитов (модель горячей гетерогенной аккреции Земли) /В. С. Шкодзинский. - Якутск : СВФУ, 2014. -452 с.

7. Епифанов, В. А. Геологические предпосылки альтернативного механизма алмазообразования на Сибирской платформе / В. А. Епифанов, Р. С. Родин // Рудоносность магматических формаций Сибири. -Новосибирск: СНИИГиМС, 1991. - С. 119-128.

8. Граханов, С. А. Возраст прогнозируемых коренных источников алмаза на севере Сибирской платформы / С. А. Граханов, А. П. Смелов // Отечественная геология. - 2011. - № 5. - С. 56-63.

9. Каминский, Ф. В. Минералогия и геохимия нижней мантии / Ф. В. Каминский // Чтения им. В. И. Вернадского. - М. : ГЕОХИ РАН, 2011. - 65 с.

шьмюнтж

Алексеев, С. В. Промышленные рассолы Сибирской платформы: гидрогеология, бурение и добыча, переработка, утилизация / С. В. Алексеев, А. Г. Вахромеев, Н. П. Коцупало, А. Д. Рябцев. - Иркутск : Изд-во «Географ», 2014. - 162 с.

В монографии обобщены материалы многолетних исследований по гидрогеологии, добыче и промышленной переработке литий-бромсодержащих высокоминерализованных рассолов Сибирской платформы. В области гидрогеологии охарактеризованы закономерности формирования и локализации месторождений высокоминерализованных литий-бромсодержащих рассолов хлоридного кальциевого типа Сибирской платформы. Выявлены перспективные участки для освоения, и разработаны рентабельные способы добычи рассолов глубоких горизонтов, пересыщенных солями кальция и магния. Выполнена оценка прогнозных запасов промышленных рассолов юга Сибирской платформы. Показана перспективность освоения рассолов хлоридного смешанного натриево-кальци-евого типа, сопутствующих месторождениям полезных ископаемых (нефти, алмазов).

Рассмотрены геохимические особенности соленых подземных вод и рассолов Сибирской платформы, а также закономерности накопления в них лития и брома. Выделены перспективные месторождения в границах четырех артезианских бассейнов: Ангаро-Лен-ского, Тунгусского, Якутского и Оленёкского. Приведены данные о динамике поступления дренажных рассолов в карьер при разработке кимберлитовой трубки «Удачная». Выполнена оценка выноса лития и брома с дренажными рассолами и определены эксплуатационные запасы лития и брома для их попутной добычи.

Для освоения нетрадиционного вида сырья - «жидкой руды» - освещена инновационная технология сорбционного обогащения поликомпонентных рассолов по литию с получением литиевых концентратов и способы их переработки для получения соединений лития. Описано сконструированное и изготовленное оборудование для реализации сорбционно-десорбционного процесса, внедренного в промышленную практику Китая. Разработана и предложена технология комплексной переработки рассолов хлоридного кальциевого и смешанного натриево-кальциевого типов после их обогащения по литию на бромные, магниевые и кальциевые продукты.

Монография предназначена для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов технических университетов, а также для инженерно-технического персонала и специалистов добывающих и перерабатывающих предприятий геологической и химической отрасли.