Силикатные сферулы из кимберлитовых и лампроитовых формаций мира

СИЛИКАТНЫЕ СФЕРУЛЫ ИЗ КИМБЕРЛИТОВЫХ И ЛАМПРОИТОВЫХ ФОРМАЦИЙ МИРА

В. К. Маршинцев, И. Г. Яценко, В. Н. Зинченко

Виктор Клавдиевич Маршинцев,

доктор геолого-минералогических наук, профессор, действительный член Академии наук РС(Я), г. Якутск

Иван Германович Яценко,

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии и геохимии горючих ископаемых НАН Украины, г. Львов

Владимир Николаевич Зинченко,

кандидат геолого-минералогических наук, профессор Instituto Superior Politecnico Metropolitano de Angola, Республика Ангола

В кимберлитовых породах среди минералов магнитной фракции присутствуют образования в виде правильной округлой (шарики) или сферической (сферулы) форм различной морфологии. Встречаются также и немагнитные силикатные шарики и сферулы. Размер всех этих образований обычно менее 0,5 мм (0,010,45 мм), редко достигает 1-3 мм. Сферулы обнаружены также в шлихах, взятых из аллювия около десятка кимберлитовых трубок.

В данной работе представлены результаты изучения комплекса сфе-рул (рис. 1) из кимберлитов Якутской (трубки «Мир», «Удачная», «Айхал»), Архангельской (трубки «Карпинская-1» и «Поморская»), Анголо-Конголеской (трубки «Катока» и «Чиузу») алмазоносных провинций, а также сферул из слабоалмазоносных эксплозивных1 структур Украинского щита (лампроитовой трубки «Мрия», кимберлитовой трубки «Южная», кимберлитовой дайки «Щорсовская», эксплозивных кимберлитоподобных образований эксплозивных структур Зеленогайская и Грузская-Северная, переотложенных алмазоносных формаций Белокоровичской впадины и Путренецкого участка) [1, 2]. Использованы также опубликованные данные по сферулам из алмазоносных пород Западного Урала [3].

К настоящему времени наиболее детально изучены сфероиды из ким-берлитовых пород трубки «Удачная-Западная» [4, 5]. Отсутствие должного внимания к подобным сферулам объясняется, прежде всего, тем, что они рассматриваются как объекты индустриального или метеоритного происхождения.

Известно, что на земную поверхность ежегодно выпадают тысячи тонн (от п • 10-1 до п • 10-6) космичес-

кой пыли и шариков. Их находят над Тихим океаном, в горных ледниках, снежном покрове Антарктиды, почвах малонаселённых районов земного шара и в донных осадках морей. Из почвы и торфа районов падения Сихотэ-Алинского и Тунгусского метеоритов были извлечены магнитные и немагнитные шарики метеоритного происхождения. Их минеральный состав совпадает с составом внешней коры плавления метеоритов [6, 7]. Становится очевидным, что изучение различного рода сферических образований в природных объектах, тем более обнаруженных не только на поверхности геологических объектов, представляет несомненный интерес, прежде всего, для расшифровки их природы.

На примере трубки «Удачная-Западная» мы имели возможность проследить характер распределения сферул в объёме тела, по горным выработкам. Всего было изучено около 90 проб, взятых с разных глубин (по скважинам). Сферулы присутствовали от единичных зёрен до значительных количеств в 69 пробах. Был случай, когда шарики обнаруживались непосредственно в сколе керна кимберлита. Среднее содержание их составляет ~0,5 г/т. Отмечена определённая тенденция в распределении сферул: содержание их возрастает с приближением к контакту трубки с вмещающими её породами. В центральной части трубки содержание сферул, как правило, наименьшее. С глубиной содержание сферических образований приближается к среднему значению 0,8 г/т.

По минеральному составу сфе-рулы можно разделить на две основные группы. Первая группа представлена магнитными сферула-ми, в составе которых в различных

1 Эксплозия - явление вулканического взрыва, обычно сопровождающееся выбросами большого количества пирокластического минерала и газов.

Рис. 1. Микрофотографии силикатных сферул (а - к - магнитные железо-оксидныесферулы; л - ъ - ТМЖС-сферулы, ы - я - КС-сферулы):

а - в - Куонамский алмазоносный район, кимберлит г - трубка «Поморская»; д - сферула из самородного железа, трубка «Мрия»; е - ж - трубка «Катока»; и, й - эксплозивная структура Гоузская-Северная; л - Куонамский алмазоносный район, кимберлит м, н - трубка «Карпинская-1»; о, п - трубка «Поморская»; р, с - трубка «Катока»; т, у - трубка «Мрия»; ф - трубка «Южная»; х - алмазоносные обломочные отложения, Белокоровичская структура; ц, ч - эксплозивная кимберлитоподобная структура Гоузская-Северная; ш, щ - Зеленогайская эксплозивная структура, поперечный срез (щ); ъ - кимберлитовая дайка «Щорсовская»; ы - трубка «Удачная-Западная» (фото В. К. Маршинцева, 1990); ь - трубка «Катока»; э - алмазоносные обломочные отложения, Белокоровичская структура; ю - я - флюидизатно-эксплозивные образования, Путренецкий участок

пропорциях присутствуют самородное железо и оксиды железа. Среди них выделяются следующие основные разновидности:

• сферулы, сложенные только оксидами железа: иоцитовые, магнетит-иоцитовые и магнетитовые. Их поверхность образована гранями кристаллов скелетного строения. Большинство сферул полое внутри или имеет множество округлых пор. Вокруг газовых включений и в поверхностных участках сферул магнетит часто замещён гематитом. Магнетит и иоцит проявляют аномальную анизотропию;

• сферулы зонально-концентрического строения, шаровидные ядра которых сложены самородным железом, а оболочки - иоцитом или иоцитом в сростках с магнетитом;

• сферулы самородного железа имеют желтовато-серый цвет, металлический блеск и однородную гладкую поверхность. Часто покрыты ржавчиной. Внутри сферул постоянно встречаются шаровидные включения, состоящие из скелетных кристаллов иоцита и стекла, выполняющего интерстиции между ними. Нередко внутри включений находятся газовые пузырьки.

По степени окисленности железа изученные магнитные сферулы можно расположить в ряд: самородное железо + иоцит ^ самородное железо + иоцит + магнетит (± гематит) ^ иоцит + магнетит + гематит ^ магнетит + гематит [4].

Вторая группа - это сферулы, состоящие из стекла с высоким содержанием оксидов металлов. Здесь можно выделить разновидности, обогащённые Т Мп, Fe (ТМРв-сферулы), и разновидности с высоким содержанием Са и А1 (Св-сферулы). Сферулы часто содержат ядро из самородного железа и (или) тонкодисперсную вкраплённость самородного железа сферической формы. Силикатная фаза может быть гомогенной, но в большинстве случаев содержит оксидную кристаллическую фазу распада, представленную скелетными и игольчатыми кристаллами ульво-шпинели, армалколита, марганцевого ильменита (пирофанита), рутила, вюс-тита (рис. 2). Встречаются сросшиеся образования, состоящие из нескольких фаз, образующих графические срастания и включающие в себя мельчайшие (0,1 мм) шарики с сильной отражательной способностью. Состав подобных образований представлен скелетными кристаллами и дендритами армалколита, ильменита, ульвошпинели и шаровидными выделениями самородного железа. Наиболее распространённые

Рис. 2. Характерные формы роста кристаллической фазы в ТМЖС-сферулах (поперечное сечение, BSE изображение, а - б - трубка «Мрия», г - д - трубка «Карпинская-1»):

а - общий вид сферулы - металлическое ядро (белый) окружено зоной развития вюстита (светло-серый), гомогенное стекло (серый); б - то же, крупным планом, скелетные кристаллы вюстита (светло-серый), ульвошпинели (серый), стекло (тёмно-серый); в - фрагмент ядра с включениями марганец-силикатного стекла; г - игольчатые кристаллы армалколита в стеклянном мезостазисе; д - скелетные кристаллы ульвошпинели в стеклянном мезостазисе; е - кристаллическая фаза, представленная пирофанитом

в мезостазисе из остаточного стекла

минеральные ассоциации подобных образований следующие: армолколит + ильменит + самородное железо, ильменит ± армолколит + самородное железо, ульво-шпинель ± ильменит ± самородное железо, ульвошпи-нель ± иоцит. Повышенная примесь пирофанитового (МпТЮ3) минала в ильменитах, минимальная примесь А1203 указывают на сравнительно низкие температуру и давление при кристаллизации этого минерала. Возрастание роли Ре и Т в шпинелидах при падении содержаний А1 и Са свидетельствует, что минерал кристаллизуется на поздних этапах эволюции кимберлитовой магмы в условиях повышения окислительного потенциала. Ильменит и шпинель подобного состава присутствуют в основной массе кимберлитов. Состав самородного железа: Ре 99,1 %, в примесях - Мп и Т1. Весьма интересна находка армолколита. Подобный минерал, соответствующий чистому железистому члену твёрдых растворов РеТ1305 - МдТ1205 по ферропсевдобрукиту, был обнаружен в качестве включения в алмазе [8]. Отмечается сходство ферропсевдобрукита с включениями ильменита из алмаза по примесям Мп, Мд и Са, что, вероятно, свидетельствует о сходной геохимической среде их образования. Армолколит ранее описан в кимберлитовых породах Куонамских (север Якутии) трубок и трубках Южной Африки [9] совместно с другими экзотическими

и химически изменёнными оксидами И, Сг и Ре. Впервые этот минерал был обнаружен в лунных образцах. В целом, охлаждение и кристаллизация вещества в подобных образованиях происходили очень быстро. Восстановительная обстановка среды способствовала восстановлению самородного железа из закисного.

Шарики могут быть полыми. При их дроблении выделялись зёрна оливина округло-овальной формы, розово-красного граната неправильной формы и чёрного блестящего минерала со ступенчатой поверхностью, хрупкого (возможно, это графит). Состав газов шариков из кимберлитов трубки «Айхал» оказался достаточно экзотическим (об.%): + р.г.) - 57,7-96,5; углеводородов 20-25; Н2 ~ 5; СО2 - 10. В индустриальных образованиях состав газа иной (об.%): + р.г.) - 71,3-71,5; 02 - 17,3-17,9; СО - 10,5-11,0 [10].

По составу сферулы из кимберлитовых пород с высоким содержанием СаО и А1203 хорошо пересчитыва-ются на формулу мелилита2 [5]. В нескольких образцах наблюдалось высокое содержание ТЮ2 и МпО при уменьшении количества SiO2, А1203 и СаО. Присутствие включений минералов кимберлита в силикатных сферулах, а также специфический состав газов позволяет допустить уникальный способ образования их непосредственно в кимберлитовой магме и в крайне восстановительной

2 Мелилит - группа породообразующих силикатных минералов (так называемая «группа мелилита»).

среде, богатой углеводородами. Состав их также свидетельствует о потенциальной возможности кристаллизации мелилита в кимберлитах. Редкие находки этого минерала отмечаются в кимберлитах многих трубок. Известно, что кристаллизация мелилита осуществляется при температурах 700-750 °С при понижении давления СО2. Верхний предел стабильности давления для чистого акерманита3 сильно уменьшается в присутствии избыточного СО2 (предположительно растворённого в силикатных расплавах в виде карбоната). Это свидетельствует о том, что кристаллизация мелилита может подавляться в магмах, богатых карбонатами (например, кимберлитовой). Кроме того на стабильность мелилита,

вероятно, оказывает влияние содержание щелочных элементов в магме во время кристаллизации.

Силикатные сферулы в большинстве изученных случаев встречаются совместно с металлическими сферулами ^е, РЬ, Си, Zn, Sn, As, Sb, Аи) и безкисло-родными минералами (муассанит, кусонгит). Их можно рассматривать как компоненты эксплозивной мантийной минеральной ассоциации, для которой свойственны резко восстановительные условия образования [11].

Согласно химическому составу стекла (таблица) комплекс изученных силикатных сферул в различных типах пород можно разделить на два основных типа: титан-марганец-силикатные сферулы и кальций-

Средние значения состава петрогенных элементов в силикатных сферулах, масс. %

Тип сферул № п/п К-во анализов сГ ся сТ н сГ сТ О Т <и ц_ МпО МдО О го О Ог пТ О

1 1 21,70 48,78 3,3 0,21 4,56 10,78 3,01 3,11 2,37 2,18

2 3 16,79 47,16 3,63 0,28 8,64 10,71 3,75 6,06 1,14 1,84

3 11 23,84 34,42 5,56 1,20 10,78 13,78 3,52 2,35 1,12 3,43

4 8 16,04 38,83 4,21 0,11 16,45 12,95 3,40 5,71 1,01 1,29

_0 5 1 18,51 43,24 5,73 0,21 14,97 11,01 0,05 2,73 0,28 3,27

^р е -с 6 1 14,49 36,05 4,46 0,63 29,67 8,77 0,00 3,62 0,24 2,07

7 9 18,32 39,21 2,82 0,00 13,24 12,82 2,37 8,75 0,66 1,81

о 2 н 8 2 20,36 38,12 6,17 0,31 11,14 10,23 3,86 6,22 2,12 1,47

9 16,62 44,36 2,11 0,00 7,47 14,28 2,93 9,76 1,64 0,83

10 2 21,39 36,93 8,03 0,55 11,59 10,50 4,59 1,53 1,83 3,06

11 2 19,40 42,30 6,82 0,36 7,18 14,40 4,39 3,30 0,66 1,19

12 3 20,49 38,29 7,53 0,24 10,21 11,45 4,47 2,43 1,65 3,24

13 16,54 41,17 3,30 0,25 17,69 11,84 2,34 5,45 0,67 0,75

14 9 38,95 1,13 11,26 0,03 5,37 0,56 6,59 34,11 1,37 0,63

15 1 39,79 0,38 10,60 0,06 1,28 0,29 4,85 40,21 1,12 1,42

2 л 16 7 42,33 1,49 12,02 0,04 8,81 0,19 4,46 28,13 1,87 0,66

у е 17 1 42,09 1,58 10,30 0,00 5,25 0,55 12,66 25,04 1,57 0,96

о 18 1 42,51 1,88 10,48 0,19 5,75 0,48 11,75 24,36 1,58 1,02

О 19 33,01 6,33 14,39 0,00 0,63 0,60 9,83 34,63 0,04 0,54

20 1 56,44 1,30 5,00 0,00 5,39 0,10 1,50 19,78 3,10 7,39

21 4 43,90 0,28 7,96 0,00 0,91 0,69 4,24 40,24 0,86 0,92

Примечания. 1, 14 - трубка «Мир» [5]; 2, 16 - трубка «Удачная» [5]; 3 - кимберлит Ц), Куонамский алмазоносный район; 4 - трубка «Карпинская-1»; 5, 17 - трубка «Катока»; 6, 18 - трубка «Чиузу»; 7 - трубка «Мрия»; 8 - трубка «Южная»; 9 - кимбер-литовая дайка «Щорсовская»; 10 - Зеленогайская эксплозивная структура; 11 - эксплозивная структура Грузская-Северная; 12 - Белокоровичская впадина; 13, 19 - алмазоносные вишериты, Западный Урал [3]; 15 - трубка «Айхал» [5]; 20 - Ильинецкая эксплозивная структура; 21 - флюидизатно-эксплозивные образования, Путренецкий участок.

! Акерманит - островной диортосиликат из группы мелилита.

силикатные. В некоторых случаях встречаются разновидности сферул, в составе которых преобладают А1 с Ре либо Мд. Стекло титан-марганец-силикатных и кальций-силикатных сферул содержит тонкодисперсную фазу в виде сферических включений самородного железа, а титан-марганец-силикатный тип может включать ядро, сложенное самородным железом. Стекло титан-марганец-силикатных сферул может быть гомогенным или содержать в различных соотношениях оксидную кристаллическую фазу [1] минералов титана, марганца и железа (пирофанит, армалколит, ульвошпи-нель, рутил); в этом случае состав остаточного силикатного расплава обедняется соответствующими элементами. В таблице представлен состав стекла сферул, близкий к первичному, поскольку были использованы исключительно данные анализа гомогенного стекла.

В большинстве случаев вместе с титан-марганец-силикатными сферулами встречаются железные и оксидно-железные. Наблюдения показали, что их можно объединить в единый генетический тип, поскольку, вероятнее всего, они сформированы из единого источника гетерогенного силикатно-металлического расплава.

Эндогенная природа изученных типов сферул не вызывает сомнений. В первую очередь, об этом убедительно свидетельствуют геологические данные, подтверждённые статистически - титан-марганец-силикатные и кальций-силикатные сферулы являются стабильными компонентами эксплозивных пород эндогенной природы. Состав стекла сферул не сопоставим с составом метеоритного вещества, а также гипотетических продуктов витрификации4 материнских пород вследствие импактных процессов. Сферулы экстремально обогащены Т (до 48 %) и Мп (до 14 %) либо Са (до 40 %). Содержание титана и марганца в метеоритном веществе не превышает 0,5 %, содержание Са 0,5-3,0 %. Характерным для метеоритного железа является присутствие N и Со и отсутствие Т Мп, Сг, Са. Именно последние являются характерными примесями в железе титан-марганец-силикатных сферул и магнитных сферул из самородного железа с оксидной оболочкой. Изучение состава летучих компонентов показало резко восстановительный состав газовых компонентов с доминирующими азотом и водородом при отсутствии воды. Высокие температуры [3], резко восстановительные условия и своеобразный состав вещества, необходимые для образования первичного расплава титан-марганец-силикатных сферул, дают основание предложить модель эндогенного формирования такого расплава в переходной зоне «кора - мантия». Именно для этой зоны мы можем предполагать стабильное равновесное сосуществование силикатной фазы, обогащённой Т Мп (элементы, близкие к железу по устойчивости к кислороду), и металлической (самородное железо) фазы.

Список литературы

1. Яценко, I. EHdoaeHHÍ Т-Мп^в-СилКатн сферу-ли Í3 експлозивних структур та вулканогенно-осадо-вих формац/й Украни /1. Яценко, Г. Яценко, С. Бекеша, Н. Влик, О. Варичев, Л. Дручок // Мiнeралогiчний зб/'р-ник. - 2012. - № 62, вип. 1. - С. 83-100.

2. Zinchenko V., Dech V., Shafranovsky G. Kimberlites and Diamonds of Catoca Pipe: Petrogenesis, Ore Genesis and Modeling the Distribution of Diamonds. Saarbrucken, Palmarium Academic Publishing. 2012. 277 p.

3. Чайковский, И. И. Эксплозивные минеральные фазы алмазоносных пирокластитов Западного Урала / И. И. Чайковский, О. В. Коротченкова // Литосфера. - 2012. - № 2. - С. 125-140.

4. Татаринцев, В. И. Закалённые частицы из кимберлитов Якутии / В. И. Татаринцев, С. Н. Цимбал,

B. К. Гаранин [и др.] //Доклады АН СССР. - 1983. -Т. 270, № 5. - С. 1199-1203.

5. Маршинцев, В. К. Природа сфероидных образований в кимберлитах / В. К. Маршинцев // Следы космических воздействий на Землю. - Новосибирск : Наука, 1990. - С. 45-57.

6. Кринов, Е. Л. Метеоритная и метеорная пыль, микрометеориты / Е. Л. Кринов // Сихотэ-Алинский железный метеоритный дождь. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - Т. II. - С.122-126.

7. Заславская, Н. И. Сбор и предварительные исследования образцов почвы из района падения Сихотэ-Алинского метеоритного дождя / Н. И. Заславская // Метеоритика. - М. : Наука, 1970. - Вып. 30. - С. 79-85.

8. Шестакова, О. Е. Минералогия и генезис включений силикатов и окислов в алмазах / О. Е. Шестакова, Г. П. Буланова, В. Ф. Махотко // Генетические аспекты физических свойств и минералогия природного алмаза. - Якутск : ЯФ СО АН СССР, 1981. -

C. 43-51.

9. Haggerty S.E. The chemistry and genesis of opaque minerals in kimberlites // Phys. Chem. Earth. - Oxford et. al., 1975. - V. 9. Р. 295-307.

10. Шугурова, Н. А. Состав газовых включений в силикатных сферулах различного происхождения / Н. А. Шугурова, Ю. А. Долгов, Г. М. Иванова // Гзнети-ческие исследования в минералогии. - Новосибирск : ИГиГ СО АН СССР, 1976. - С. 3-8.

11. Яценко, И. Г. Сравнительный анализ силикатных сферул из кимберлитовых и лампроитовых формаций мира / И. Г. Яценко, В. Н. Зинченко, В. К. Мар-шинцев [и др.] // Материалы Юбилейного съезда Российского минералогического общества «200 лет РМО». - СПб, 2017. - С. 261-263.

4 Витрификация - переход жидкости при понижении температуры в стеклообразное состояние.