Типохімізм мінералів-супутників алмазу з кімберлітів Приазов'я

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

ТИПОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ МІНЕРАЛІВ - СУПУТНИКІВ АЛМАЗУ З КІМБЕРЛІТІВ ПРИАЗОВ'Я

ПАНОВ Юрій Борисович

УДК 549.02:549.01(477.6)

Спеціальність - 04.00.20 - мінералогія, кристалографія

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення

НАН України, м. Київ

Науковий керівник

доктор геолого - мінералогічних наук Квасниця Віктор Миколайович,

завідувач відділу проблем алмазоносності Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України.

Офіційні опоненти:

доктор геолого - мінералогічних наук Вальтер Антон Антонович, завідувач відділу фізичних методів дослідження руд Інституту прикладної фізики НАН України;

доктор геолого - мінералогічних наук Кривдик Степан Григорович, завідувач відділу петрології Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України.

Провідна установа - Український державний інститут мінеральних ресурсів Міністерства екології і природних ресурсів, м. Сімферополь.

Захист відбудеться “28 ” березня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціализованої Вченої ради Д.26.203.01 при Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України за адресою: 03680, Київ-142, пр. Палладіна, 34.

З дисертацїєю можна ознайомитись у бібліотеці Інституту.

Автореферат розісланий “27 ” лютого 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат геолого-мінералогічних наук Томурко Л.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

алмаз кімберліт мінерал

Актуальність теми дисертації визначається необхідністю удосконалення та підвищення ефективності методів проведення геолого-пошукових та розвідочних робіт в Україні з метою виявлення одного з важливіших корінних джерел алмазу- кімберлітів.

Науковою основою при розробці пошуково-оціночних критеріїв є вчення про типоморфізм мінералів - супутників алмазу, що потребує поглибленого розуміння залежності їх хімічного складу від Р-Т умов, а також інших параметрів мінералоутворюючого середовища, яка визначає наявність або відсутність алмазів у кімберлітах.

Використання високої інформативності типохімічних особливостей індикаторних мінералів кимберлітів (хромпіропу, пікроільменіту, хромшпінеліду та хромдіопсиду), виявлення характеру розподілу в них елементів-домішок є досить актуальним як в науковому, так і в практичному відношеннях, завдяки сприянню рішення низки пошукових та оціночних завдань.

Зв,язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження в межах дисертаційної роботи здійснювались при виконанні наукової тематики у відділі проблем алмазоносності Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення (ІГМР) Національної Академії наук України, в лабораторії геофізичних досліджень Українського науково-дослідного та проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки та маркшейдерських справ (УкрНДІМІ) Національної Академії наук України та на кафедрі корисних копалин та екологічної геології Донецького державного технічного університету.

Мета та основні завдання досліджень. Головна мета дисертації - вивчення складу та типохімічних особливостей мінералів-супутників алмазу (хромпіропу, пікроільменіту, хромшпінеліду та хромдіопсиду) з кімберлітів Приазовського блоку Українського щита та рішення на цій основі питань,що пов'язані з умовами їх утворення та перспективами алмазоносності.

Основні завдання роботи:

1. Визначити геологічну позицію та петрохімічні особливості кімберлітових трубок Приазов'я;

2. З'ясувати закономірності розподілу головних оксидних компонентів і елементів-домішок у мінералах - супутниках алмазу з кімберлітових тіл району досліджень;

3. Визначити умови утворення індикаторних мінералів кімберлітів (Р-Т параметри, характер метасоматичних процесів та ін.), виходячи з показників їх хімізму;

4. Оцінити перспективи алмазоносності кімберлітів Приазов'я,базуючись на інтерпретації нової інформації про хімічний склад мінералів - супутників алмазу.

Наукова новизна.

1. На основі достатньо великої кількості аналізів (більш як 500 проб), що виконані на електронному та, вперше, на протонному мікрозондах, вивчено закономірності розподілу головних оксидних компонентів та елементів-домішок в хромпіропах, пікроільменітах, хромшпинелідах і хромдіопсидах з кімберлітів Приазов'я, виявлені типохімічні особливості їх складу.

2. На основі оригінальних даних визначено термобаричні та інші умови утворення типоморфних мінералів з кімберлітів Приазов'я та зроблено висновки щодо природи їхніх глибинних материнських джерел.

3. Одержано дані про накладені процеси метосоматичних змін індикаторних мінералів кімберлітів Приазов'я, що суттєво впливають на алмазоносність.

Наукові положення, що захищаються в дисертації.

1. Мінерали - супутники алмазу з кімберлітів Приазов'я мають певні типохімічні особливості складу, що полягають в кількісному та якісному розподілу їхніх елементів-домішок та основних оксидних компонентів. В хромпіропах - високий вміст Zr , високі (біля 7,5) Zr / Y відношення, мала концентрація Sr, збагачення важкими TR та знижена кількість легких TR. В хромшпінелідах - збагачення Ga та Ni, сильні позитивні кореляційні зв'язки між V - Ni та Ti - V. Пікроільменітам притаманна наявність двох різновидів - низькохромної та високохромної, значне збагачення на MnO, V та присутність олова (Sn 8 - 65 г/т). Хромдіопсиди відзначаються підвищеним вмістом Y, Sr та Zr, наявністю двох модифікацій мінералу, які відрізняються вмістом TR, Ni, Sr та ін. елементів.

2. Палеогеотермальні умови утворення глибинних порід Приазовського блоку Українського щита, що встановлені за хімічним складом їхніх індикаторних мінералів, у період формування кімберлітів, характеризувались значеннями температури 1000 - 1100° С; тиску 3,0 - 4,2 ГПа; теплового потоку 42 - 45 мВт/м2 та дією на них калієвого метасоматозу, що впливає на збереження алмазів.

3. Потенційна алмазоносність кімберлітів Приазов'я, яка визначена на підставі узагальнення виявлених типохімічних особливостей мінералів - супутників алмазу, з урахуванням даних по основних алмазоносних провінціях світу, є обмеженою.

Практична цінність роботи. В результаті виконаних досліджень та аналізу наявних даних щодо складу мінералів-супутників алмазу з кімберлітів ПАР, Росії, КНР, Канади та інших країн, запропоновані та передані Приазовській ГРЕ і УкрДІМР нові ефективні засоби оцінки промислової алмазоносності кімберлітових трубок для впровадження їх у практику геологорозвідувальних робіт.

Фактичний матеріал та методи його обробки. В основу дисертаційної роботи покладені результати, які автор одержав в процесі досліджень кімберлітів Приазов'я з 1996 р. та впродовж навчання в заочній аспірантурі ІГМР НАНУ з 1998р.

Визначення вмісту головних оксидних компонентів та елементів-домішок в мінералах-супутниках алмазу з кімберлітів Приазов'я виконано на електроннолазерних (Cameca SX-50, LAM - ICPMS) та протонному (HIAF) мікрозондах в лабораторії Головного національного центру геохімічної еволюції і металогенії континентів (GEMOC) при університеті Макуорі та Об'єднаного науково-інженерного центру (CSIRO) в м. Сіднеї, Австралія.

Крім того, використані літературні дані щодо Східно-Європейської, Якутської, Китайської, Південноафриканської та ін. алмазоносних провінціях світу.

У процесі виконання роботи автор співпрацював з працівниками Приазовської геолого-розвідувальної експедиції (А.П. Князьков, В.В. Васильченко, С.Н. Стрекозов), Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАНУ (д. г.-м. н. С.С. Мацюк, к. г.-м. н. С.М. Цимбал), Українського державного інституту мінеральних ресурсів (к. г.-м. н. Г.І. Смірнов, к. г.-м. н. О.М. Тарасюк, к. г.-м. н. О.І. Чашка, к. г.-м. н. І.Є. Палкін), співробітниками Донецького державного університету (проф. І.Л. Нікольський, проф. Б.С. Панов, доц В.І. Купенко) та Українського науково-досліднного та проєктно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки та маркшейдерських справ НАНУ (к.т.н. А.В. Анциферов, к.т.н. М.Г. Тіркель). Автор щиро дякує усім колегам із цих установ за надану допомогу в збиранні фактичного матеріалу та сприянню завершення роботи. Особливу подяку висловлюю проф. В.Л. Гріффіну, д-ру Тін Тін Він та д-ру Норману Пірсону з університету Макуорі (м. Сідней, Австралія), які сприяли проведенню лабораторних досліджень і брали участь в їх виконанні та інтерпретації, а також науковому керівнику роботи д. г.-м. н. В.М. Квасниці

Особистий внесок автора. 1. Проведення польових робіт на об'єктах досліджень, відбір та підготовка до аналізів проб індикаторних мінералів з кімберлітових трубок Приазов'я. 2. Обробка результатів аналізів на ЕОМ, їх мінералогічна та геолого-геохімічна інтерпретація, визначення типохімічних особливостей досліджених мінералів - супутників алмазу. 3. Узагальнення результатів та порівняння отриманих даних з аналогічною інформацією по відомих алмазоносних провінціях світу. 4. Визначення умов утворення та оцінка перспектив алмазоносності досліджених кімберлітових трубок Приазов'я.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи докладались та обговорювались на Міжнародних науково-практичних конференціях (м. Дніпропетровськ, 1998, 1999 р.р., м. Сімферополь 1999 р.); у Міжнародній школі молодих учених (м. Міас, 1997, 1998 р.); Міжнародній конференції молодих учених ім. акад. М.А. Усова (м. Томськ, 1998, 1999 р.); конференції “Уральська літня мінералогічна школа”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 наукових робіт.

Структура та обсяг роботи. Дисертація, загальним обсягом 174 сторінки, складається з вступу, 5 розділів, висновків та містить 49 малюнків, 13 таблиць та 8 додатків у вигляді таблиць. Список використаних літературних джерел вміщує 102 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1. ПРОБЛЕМА ТИПОМОРФІЗМУ МІНЕРАЛІВ ТА ІНДИКАТОРНІ МІНЕРАЛИ - СУПУТНИКИ АЛМАЗУ В КІМБЕРЛІТАХ

Поняття про типоморфізм в його сучасному вигляді введено в мінералогічну науку О.Є. Ферсманом в 1931 році, хоча термін “типоморфний” вперше застосував Ф. Бекке в 1903 році для мінералів, що дають змогу судити про умови метаморфізму. Багато дослідників присвятили свої работи вивченню типоморфізму мінералів, серед них є і українські мінералоги (Є.К. Лазаренко, О.І. Матковський, В.І. Павлишин та інші).

Кімберлітові породи можна вважати класичними, завдяки яскраво виявленому типоморфізму їхніх мінералів та мінеральних асоціацій. Результати сучасних досліджень дозволяють стверджувати, що кімберлітові породи являють собою складні утворення, в яких поряд з мінералами, що утворились безпосередньо при кристализації кімберлітового розплаву, міститься значна кількість ксеногенного матеріалу, який увібрав цей розплав на різних рівнях верхньої мантії та земної кори. Для кімберлітів характерні мінерали, які дуже рідко зустрічаються в інших типах порід - алмаз, магнезіальний гранат (піроп), магнезіальний ільменіт (пікроільменіт), високохромістий хроміт (хромшпінелід), хромдіопсид.

Застосування сучасних високоточних методів аналізу дозволило встановити варіації хімічного складу індикаторних мінералів кімберлітів в залежності від їхнього розміщення в земній корі, приналежності до того чи іншого родовища, геохімічних особливостей району тощо.

Під впливом усіх цих факторів матриці мінералів збагачуються або збіднюються на різні елементи-домішки, співвідношення яких між собою та з головними складовими компонентами є важливою генетичною та практичною (зокрема пошуково-оцінковою) інформацією.

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА РОБІТ ТА ОБ'ЄМ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

В даній роботі узагальнені результати мікрозондових аналізів головних оксидних елементів та одержаних вперше оригінальних протонномікрозондових аналізів елементів-домішків у мінералах-супутниках алмазу з кімберлітових трубок Приазов'я.

Вивчені зерна хромпіропу, хромшпінеліду, пікроільменіту та хромдіопсиду (також як і алмаз), є для кімберлітів ксеногенними мінералами, продуктами дезінтеграції фрагментів різноманітних за складом та походженням ультра основних та основних глибинних порід, захоплених кімберлітовою магмою при її еруптивному втіленні на різних рівнях літосфери.

Формування вивчених виборок мінералів-супутників алмазу проводилось шляхом відбирання їх під бінокуляром з протолочок кімберлітів Приазов'я. Підготовка проб для аналізів проводилась шляхом монтування округлих епоксидних шашок діаметром біля 20 мм, в яких містилось від 129 до 32 зерен мінералів, та пришліфовці їхньої поверхні до одержання якісного штучного аншліфа.

Всього було виконано 522 аналіза хромпіропу, хромшпінелідів, пікроільменіту та хромдіопсиду з кімберлітів Приазов'я, в яких встановлено вміст як головних оксидних компонентів (від 10 до 13), так і елементів-домішків (від 9 до 21).

Принципово нова інформація одержана за допомогою унікального лабораторного оснащення, в тому числі протонного мікроаналізатора РМР з прискорювачем часток HIAF, який розроблено в об'єднаній організації наукових та інженерних досліджень Австралії (CSIRO). Це дозволило оперативно та економічно ефективно оцінити алмазоносність об'єктів, що вивчались.

Нагальній потребі в проведенні таких досліджень в Україні і присвячена дисертаційна робота.

РОЗДІЛ 3. КОРОТКА ГЕОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИАЗОВ'Я ТА ЙОГО КІМБЕРЛІТОВИХ ТІЛ

Приазов'є - це перспективний район Українського щита щодо відкриття родовищ алмазів. Численні знахідки дрібних зерен алмазів кількох генетичних типів відмічені в різних регіонах України (Волинь, Середнє Придніпров'є, Північне Причорномор'є, Донбас, Побужжя тощо). Однак, тільки у Східному Приазов'ї геологами Приазовської ГРЕ відкрито перші в Україні кімберлітові трубки та дайки, що їх супроводжують. Вони розміщуються в зоні сполучення складчастих структур Донбасу з Приазовським кристаличним масивом і контролюються субширотним Південно-Донбаським глибинним розломом протерозойського закладення. Корені цієї трансрегіональної структури ідуть в мантію, що фіксується підняттям поверхні Мохо на 10 - 15 км в порівнянні з центральною частиною Донбасу та підкреслюється проявом лужно-ультраосновного та лужно-базальтоїдного магматизму.

Геологічна позиція зони сполучення Донбасу з Приазов'єм характеризується неузгодженним заляганням на докембрійському кристаличному субстраті середньо- верхньодевонських осадово-вулканогенних утворень, перекритих нижньокам'яновугільними осадовими породами. Найбільш потужно магматизм проявився тут у пізньому девоні в зв'язку з глобальними процесами формування Дніпровсько-Донецької палеорифтогенної структури - лінеамента Карпинського. Порушення земної кори на всьому її протязі сприяло упровадженню і локалізації кімберлітових трубок Надія, Південна, Новоласпинська та даєк що їх супроводжують.

Кімберлітова трубка Надія розмір якої 60 х 30 м (площа біля 1600м2), має овальну в плані форму і перекрита суглинками, потужність яких від 0,5 до 8 м. Контакт з вміщуючими породами крутий (60 - 80?), падіння південно-західне. Трубку досліджено свердловинами до глибини 140 м. Кімберлітове тіло складається з ксенотуфобрекчій, брекчій кімберлітів та масивних порфирових кімберлітів і містить велику кількість ксенолітів, що займають до 30 % об'єму породи. Ксеноліти представлені, в основному, фрагментами порід кристаличного фундаменту.

За 2 км на південно-схід від трубки Надія виявлено значно більше (300 х 150 м, площа 2,2 га) кімберлітове тіло складної амебоподібної форми - трубка Південна. Вона перекрита четвертинними суглинками потжністю 8 - 11 м та досліджена свердловинами до глибини біля 320 м. Кути падіння в північній частині тіла 45 - 60?, в південній - до 90?, загальне падіння південно-південно-західне. Діатрема складена еруптивними брекчіями автолітових кімберлітів та підлеглими їм масивними кімберлітами темно-зеленого та блакитно-сірого кольору. Еруптивні брекчії на 60 - 70 % складені із власне кімберлітового матеріалу і на 30 - 40 % із уламків гранітоїдів хлібодаровського комплексу середнього протерозою, вапняків, пісковиків та сланців миколаївської світи середнього девону і діабазів додевонского віку. Кімберліти масивної текстури мають добре виявлену порфірову структуру. Вміст ксеногенного матеріалу в них низький. Основна маса кімберлітів складена дрібними зернами моноклинного піроксену та флогопіту, що зцементовані серпентиноподібною речовиною. В неї зустрічаються перовскіт, ільменіт та апатіт. Вкраплення складають 40 - 50 % об'єму породи і представлені псевдоморфозами серпентину по олівіну. На східному фланзі трубки Південна знайдено дайку кімберлітів довжиною до 2 км. За складом вона аналогічна діатремовому кімберліту.

В кількох кілометрах к заходу від трубки Південна бурінням виявлені трубка і дайка Новоласпинські. Трубка в плані має форму овалу, у якого довга вісь зорієнтована у північно-східному напрямку. Розміри тіла 40 х100 м (біля 0,3 га). Кути падіння стінок трубки круті, майже вертикальні. Трубка досліджена до глибини 90 м, причому свердловина не вийшла за її межі. Кімберліті перекрити четвертинними суглинками, потужність яких становить 13 - 14 м. Трубку Новоласпинську супроводжує дайка, будова якої ускладнена кількома розривними порушеннями. Вона має західне та південно-західне простягання і простежена на 300 м по простяганню і на 75 м вглиб. Потужність тіла коливається в межах 5 - 15 м. Кути падіння 75 - 80? на південно-південно-схід. Структурно-тектонічна позиція та кімберліти і кімберлітові брекчії, що складають трубку і дайку Новоласпинські аналогічні трубці Південній.

Хімічний склад Приазовських кімберлітів, зокрема вміст MgO, K2O, Na2O, SiO2 та інших компонентів, свідчить про те, що вони розміщуються в межах поля типових кімберлітів, аналогічних продуктивним кімберлітам Якутії, Китаю, Канади.

Важливим показником ступеню та характеру зміни кімберлітів є індекс контамінації (ІК), який вираховується як співвідношення суми оксидів кремнію, алюмінію та натрію (чисельник) до суми оксидів магнію та калію (знаменник). Індекс контамінації, що наближається до 1 притаманен неконтамінованим (незміненим) кімберлітам. До них належать, наприклад, алмазоносні кімберліти Якутії і гіпабісальні кімберліті провінції Слейв в Канаді. Середній діатремовий кімберліт має ІК рівня 1,34 при 5 - 10 % корової речовини. Індекс контамінації кімберлітів Приазов'я досить високий. Вні складає 1,60 для трубки Південної, 2,11 - для трубки Новоласпинської та 2,35 - для трубки Надія.

Різнобічному вивченню кімберлітів Приазов'я присвячені роботи багатьох дослідників із ряду наукових, виробничих та учбових організацій України, Росії та інших країн. Структурно-тектонічні фактори контролю локалізації кімберлітопорявів, їх мінералого-геохімічна та петрографо-петрохімічна характеристики, вивчення розподілу головних оксидних компонентів в кімберлітах Приазов'я та їхніх мінералах-супутниках і деякі інши проблеми розглянуті в роботах В.М. Квасниці, С.С. Мацюка, С.М. Цимбала (ІГМР); І.Є. Палкіна, Ю.О. Полканова, Г.І. Смірнова, С.Г. Смірнова, О.М. Тарасюка, О.І. Чашки (УкрГІМР); Б.С. Панова, Н.В. Бутурлинова (ДонДТУ); З.В. Бартошинського, О.П. Бобрієвича, Ю.І. Федоришина (ЛГУ); В.В. Васильченка, О.П. Князькова, С.М. Стрекозова, М.А. Козаря (Північукргеологія) та багатьох інших.Однак, визначення концентрацій та характеру розподілу низки елементів-домішків (Ni, Zr, Y, Ga, Sc, Nb, TR тощо) в індикаторних мінералах кімберлітів Приазов'я проведено вперше. Одержано принципово нову інформацію, яка конче потрібна для рішення конкретних теоретичних і практичних питань, що пов'язані з умовами утворення та перспективами алмазоносності відомих в регіоні кимберлітових тіл.

РОЗДІЛ 4. ТИПОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ МІНЕРАЛІВ-СУПУТНИКІВ АЛМАЗУ З КІМБЕРЛІТІВ ПРИАЗОВ'Я

Кімберлітові породи містять комплекс нерівновагомого полігенного мантійного матеріалу, що представлений глибинними ксенолітами та ксенокристалами мінералів, які утворились у широкому діапазоні Р-Т параметрів. Найширше при вирішенні завдань як загальногеологічного, так і практичного характера використовується піроп, хромшпінелід, пікроільменіт та хромдіопсид, які для кімберлітів та лампроїтів є ксеногенними мінералами, продуктами дезінтеграції фрагментів базит-ультрабазитових порід, захоплених кімберлітовою магмою на різних рівнях верхньої мантії та літосфери.

Піроп в кімберлітах Приазов'я зустрічається постійно (за кількістю поступається тільки пікроільменіту) у вигляді овальних, тріщинуватих зерен та їх уламків з шорсткуватою поверхнею.

Переважна більшість досліджених зерен піропу за своїми хімічними характеристиками (CaO 5,7 - 6,2 %; Cr2O3 5,5 - 6,5 %) належить до піропів лерцолітового парагенезісу. Лише поодинокі зерна подібні до піропів з гарцбургитових та верлітових перидотитів. Основний акцент при вивченні хімічного складу кимберлітових хромпіропів зроблено на визначення вмісту елементів-домішків, які можливо використати з метою з'ясування генетичних особливостей утворення їх материньських порід. Вміст елементів-домішків в піропах з кімберлітів Приазов'я наведено в таблиці 1.

До типохімічних особливостей вивченого набору ксеногенних зерен піропу з кімберлітів Приазов'я можна віднести:

широку варіацію вмісту цирконію (6 - 189 г/т), при середній кількости його від 66,5 до 85,4 г/т;

високі цирконій-ітрієві відношення (біля 7,5), що значно перевищує такі ж показники для кімберлітових тіл світу з промисловим рівнем алмазоносності;

малу концентрацію стронцію (середнє по трубкам від 0,72 до 2,7 г/т), що в 3 - 6 разів меньш, ніж в піропах з алмазоносних кімберлітів Якутії та Канади;

суттєве збагачення важкими рідкісноземельними елементами (від 3 до 20), при зниженій кількості легких рідких земель (від 0,3 до 5), в той час, як в більшості піропів з алмазоносних трубок світу спостерігається зворотня залежність;

високий вміст Cr2O3 (від 5,5 до 6,5 %) та підвищений TiO2 (0,27 - 0,29 %), в порівнянні з вмістом цих елементів в еталонних зразках хромпіропу (за Дж. Доусоном).

Хромшпінеліди. В досліджених хромшпінелідах з кімберлітів трубок Південна та Новоласпинська переважають розміри зерен 0,5 - 1 мм. Більші за розміром кристали мають обмежений розвиток. Представлені вони всіма відомими в кімберлітах інших регіонів світу морфологічними типами.

Середній вміст Cr2O3 в хромшпінелідах Приазов'я складає 54,02 %, що співпадає з аналогичним показником для хромшпінелідів з відомих алмазоносних кімберлітових провінцій. Надійним показником хромшпінелідів кімберлітового походження є співвідношення MG # (Mg / Mg + Fe2+) - CR # (Cr / Cr + Al + Fe3+), що для хромшпінелідів з кімберлітів трубок Південна та Новоласпинська є помірним (0,5 - 0,6) та високим (0,75 - 0,8) відповідно. Для вивчених хромшпінелідів характерні практично повна відсутність кальцію (CaO - 0,00 - 0,03 %) та низький вміст нікелю (NiO - 0,05 - 0,35 %). Це свідчить про те, що вони мають лерцолітове, а не гарцбургитове походження.

Вміст другорядних та розсіяних елементів в хромшпінелідах кімберлітів трубки Південна наведено в таблиці 2

Вивчені хромшпінеліди з кімберлітів Приазов'я мають низку характерних ознак, зокрема:

збагачення их TiO2 (від 0,8 до 4,7 %), що зближує їх із хромшпінелідами з кімберлітів та лампроїтів Західної Австралії, які містять до 4 % та більше TiO2, та з кімберлітів півночі Східно-Європейської платформи;

високі концентрації галію (від 17 до 117 г/т), що значно (в 3 - 6 разів) перевищує такіж значення в хромшпінелідах з кімберлітів Якутії та Південної Африки;

підвищений вміст нікелю, що сягає в хромшпінелідах з кімберлітів Приазов'я среднього значення 1395 г/т при розкиді значень від 1014 до 1680 г/т. Для високоалмазоносних кімберлітів Південної Африки характерні хромшпінеліди із вмістом нікелю 800 - 900 г/т;

незвичайні для більшості ксенокристалів хромшпінелідів позитивні кореляційні зв'язки між ванадієм - нікелем та тітаном - ванадієм, що говорить, напевно, про їхню взаємодію з магмою кімберлітового або лампроїтового складу в процесі формування кімберлітових трубок.

Пікроільменіт в кімберлітових трубках і дайках Приазовького блоку Українського щита один з найбільш розповсюджених мінералів. Переважають округлі зерна та їхні фрагменти розміром 5 - 10 мм, рідше зустрічаються мегакристали розміром 3 - 5 см та більше.

Пікроільменіт з кімберлітів Приазов'я має високу магнезіальність (MgO 7,14 - 14,34 %) та хромістість (Cr2O3 до 4,07 %) і незначні домішки алюмінію (Al2O3 0,2 - 0,3 %). Це дозволяє зробити припущення, що для нього вихідними породами були пікроільменітові та пікроільменіт-піропові перидотити. Вміст другорядних та розсіяних елементів в пікроільменітах з кімберлітів Приазов'я наведено в таблиці 3.

Пікроільменіт з кімберлітів Приазов'я за складом в цілому подібний до такого ж з алмазоносних кімберлітів Південної Африки та Якутії, але має низку індівідуальних особливостей. Такими, зокрема, є:

- підвищений вміст MgО, що сягає значень 0,22 - 2,3 %. Це значно перебільшує аналогічні показники для пікроільменітів з алмазоносних кімберлітових трубок Якутії (0,15 - 0,20 %) та Південної Африки (0,18 - 0,50 %);

наявність ранньої низькохромної (0,7 - 1 % Cr2O3) та більш пізньої за часом утворення високохромної (більш як 2 % Cr2O3) асоціації пікроільменіту;

значне збагачення ванадієм, концентрація якого в пікроільменітах Приазов'я варіює в межах 1476 - 2847 г/т, в той же час для алмазоносних кімберлітових тіл Якутії цей показник становить 700 - 1300 г/т;

присутність в складі пікроільменіту Приазов'я олова в кількості 8 -65 г/т, що встановлено вперше.

Хромдіопсид знайдено в знакової кількості в усіх кімберлітових трубках Приазов'я у вигляді видовжено-овальних зерен та їх уламків неправильної форми з добре виявленою спайністю та матированою, рідше -скульптурованою, поверхнею. Розмір їх переважно 0,5 - 1 мм, колір смарагдово-зелений різної інтенсивності.В хромдіопсидах інколи зустрічаються дрібні включення олівіну та хромшпінелідів.

Хімічний склад вивчених хромдіопсидів характеризується підвищеним вмістом Cr2O3 (0,55 - 2,42 %), Na2O (0,84 - 2,51 %) при відносно невеликій кількості Al2O3 (0,21 - 2,91 %).Саме це, а також наявність в кімберлітах Приазов'я зростків хромдіопсиду з олівіном, хромшпінел'ю та піропом свідчить про те, що його материнськими породами були, напевно, піроп-хромшпінелеві перідотіти, представлені головним чином лерцолітами.

За вмістом головних, другорядних та малих елементів хромдіописди Приазов'я поділяються на дві групи. До першої з них належать хромдіопсиди з підвищеним вмістом Ni (від 265 до 518 г/т), Cr2O3 (1,17 - 2,43 %) та Na2O (1,30 - 2,51 %). Друга група об'єднує діопсиди, що мають низькі концентрації цих елементів: Ni - меньш як 200 г/т; Cr2O3 - меньш як 1 %; Na2O меньш як 1 %. Це можна вважати свідченням того, що піропові перидотіти були, напевне, вихідними породами для хромдіопсидів першої групи, а хромшпінелеві перідотіти для другої групи.

Розподіл рідких та розсіяних елементів в хромдіопсидах з кімберлітів трубки Південна наведено в таблиці 4.

Підвищений вміст ітрію, стронцію та цирконію в клинопіроксені звичайно свідчить про його помітні метасоматичні зміни. Згідно з цими показниками, що мають також великий розкид значень (Zr - 25 - 117 г/т; Sr - 91 - 241 г/т; Y - 1,11 - 8,06 г/т), хромдіопсиди з кімберлітів Приазов'я фіксують явні сліди процесів метасоматичних змін, що могли негативно вплинути на збереження індикаторних мінералів кімберлітів, в тому числі і алмазів.

РОЗДІЛ 5. УМОВИ УТВОРЕННЯ ТА АЛМАЗОНОСНІСТЬ КІМБЕРЛІТІВ ПРИАЗОВ'Я ЗА НОВИМИ ДАНИМИ

Палеогеотермальні умови утворення кімберлітів були визначені за допомогою так званих Ni - термометра та Cr - барометра.

Ni - термометр грунтується на тому, що кожне зерно піропу, яке містить більш як 1,5 % Cr2O3 (тобто глибинного Cr-піропу), утворилось в однакових рівновагомих умовах з олівіном мантійних ксенолітів. В цій парі мінералів, що співіснують, кількість нікелю відбиває температуру мантійних порід і не залежить від складу основних компонентів піропу та тиску, завдяки чому можна встановити температуру утворення кожного дослідженого зерна піропу з точністю до 50°С. Температура утворення хромпіропів з кімберлітових трубок Приазов'я по Ni - термометру відповідає діапазону 1000 - 1100°С, при поодиноких значеннях 800 - 900 та 1350 - 1450°С.

Хромова складова хромітів, що співіснують з хромпіропом, збільшується як функція тиску незалежно від температури, однак Cr - складова піропів залежить як від тиску, так і від температури. Таким чином, в піропах, що співіснують з хромшпінел'ю при високій температурі, ми отримаємо максимальну Cr - складову, яка буде залежати від відношення тиску до температури, тобто від геотерми. Вивчені ксенокристали хромшпінелі з кімберлітових трубок Приазов'я свідчать про те, що баричні умови їх утворення складали 3 - 4,2 ГПа.

В Приазов'ї щільність глибинного теплового потоку в період формування кімберлітових порід сягала 42 - 45 мВт/м2, при кондуктивній моделі теплопереносу, що характерна для літосфери.

Кімберлітова магма є лише транспортером ксеногенних кристалів алмазу до поверхні, тоді як зароджуються вони на значних глибинах при специфічних умовах. Отже, встановлення нижньої межі літосфери (рівня взаємодії магми із стабільними породами) дуже важливо у визначенні наявності або відсутності алмазів в кімберлітових тілах регіону.За типохімічними ознаками мінералів межа літосфери (товщі, що складена із стабільного, відносно деплетованого матеріалу) і астеносфери (конвективної та збагаченої широким колом елементів) встановлена за температурою утворення високохромних (Cr2О3 > 1,5 %) піропів з низьким вмістом цирконію, титану та, особливо, ітрію (меньш як 10 г/т). Стосовно що до піропів з кімберлітів Приазов'я ця “ітрієва межа” розміщується в районі температур 1000 - 1100°С, що свідчить про потужність літосфери регіону біля 140 - 150 км.

Для утворення в мантійній літосфері алмазу необхідні певні, чітко лімітовані термобаричні умови, які витримуються в межах “алмазного вікна”. “Алмазне вікно” являє собою температурний ряд (Т°С Ni) меж перетином регіональної геотерми з лінією алмаз-графітової рівноваги та лінією, що відповідає глибині нижньої межі літосфери.

Геотерми Приазов'я, що установлені за хромпіропом, перетинають розмежувальну лінію полів стійкости графіт-алмаз на рівні температур 1100 - 1150°С, однак фігуративні крапки усіх проаналізованих зерен піропу з трубок Південна та Новоласпинська розташовані хоча й в безпосередньої близькості, однак поза полем стабільності алмазу, що відповідає отриманим значенням тиску (Р) меньш як 5 ГПа.

Важливими факторами, що багато в чому визначають наявність або відсутність алмазів в корінних джерелах, є накладені процеси зміни та перетворення кімберлітів - метасоматоз, зміни окислювально-відновного режиму тощо.

Основна маса кімберлітів Приазов'я складена дрібними зернами піроксену та флогопіту, зцементованих серпентиноподібною речовиною. Дрібнолускуваті агрегати флогопіту відмічені також по періферії занурених в кімберліт ксенолітів глибинних порід та їх індикаторних мінералів. Саме це, а також значна кількість хромпіропів з високим вмістом Zr (75 - 85 г/т), Ti (TiO2 до 0,29 %), Ca (CaO до 6,2 %) та Y (15 -20 г/т) свідчать про те, що в літосферній мантії проходили досить інтенсивні процеси інфільтраційного метасоматозу калієвого типу, що супроводжувалось утворенням флогопіту.

Одним з основних крітерієв, що безпосередньо впливають на збереження алмазу, вважається високий ступінь окислення в мантії. В пікроільменітах з кімберлітів Приазов'я відмічено спільне поступове збільшення кількості заліза (до 30 %) і ніобію (від 500 до 3000 г/т). Це свідчить про підвищення вмісту гематитової складової до 15 % і більше, що значно перевищує аналогічні показники в пікроільменітах з високоалмазоносних кімберлітів світу.

Оцінку алмазоносності кімберлітів Приазов'я проведено на підставі вивчення розподілу елементів-домішків в їхніх індикаторних мінералах, з урахуванням при цьому як ступеню потенційної алмазоносності мантії, так і впливу постгенетичних процесів на збереження алмазів.За допомогою цих показників одержано кількісну оцінку потенційного рівня алмазоносності вивчених кімберлітових тіл, яка вказує на те, що оптимальний вміст алмазів в кімберлітах трубок Південна та Новоласпинська становить біля 1 карата на 100 т породи.

ВИСНОВКИ

1. Вивчені ксенокристали мінералів-супутників алмазу з кімберлітів Приазов'я багатьма ознаками схожі з відомими аналогами із алмазоносних трубок різних регіонів світу (як кімберлітових, так і лампроїтових). Поряд з цим виявлено деякі притаманні їм своєрідні типохімічні особливості, які полягають в певному кількісному і якісному розподілі Ni, Cr, Zr, Nb, Y, TR та інших елементів-домішків, а також основних оксидних компонентів.

2. Верхня мантія під Приазовським блоком УЩ складається із різноманітних за складом та Р-Т умовами утворення порід, серед яких переважають перідотіти, представлені в своєї більшості піроповими, хромшпінель-піроповими і хромшпінелевими лерцолітами, рідше - ільменітовими лерцолітами з піропом та без нього.

3. Палеогеотермальні умови глибинних частин літосфери регіону під час формування кімберлітових тіл характеризувались значеннями глибинного теплового потоку 40 - 45 мВт/м2 при кондуктивній моделі теплопереносу, що перевищує подібні значення для більшості алмазоносних кратонів світу (35 - 40 мВт/м2) і, можливо, вказує на протерозойську літосферу регіону, яка має потужність не меньш як 150 км.

4. Фігуративні крапки досліджених хромпіропів з кімберлітів Приазов'я на графіках термобаричних умов їх утворення компактно розміщуються поблизу алмаз-графітової размежувальної лінії, але не потрапляють в поле стабільності алмазу.

5. Геохімічні особливості середовища мінералоутворення характерізуються підвищеними окіслювальними обставинами та зростанням вмісту Cr2O3 при зменьшенні MgO, що свідчить про низьку потенційну алмазоносність корінних кімберлітових тіл.

Результати оцінки алмазоносності кімберлітів Приазов'я, які одержані на підставі вивчення розподілу елементів-домішків в мінералах-супутниках алмазу, з урахуванням факторів, що відбивають як ступень потенційної алмазоносності мантії, так і вплив на збереження алмазів наступних магматичних та метасоматичних процесів, свідчать про обмежену алмазоносність вивчених кімберлітових трубок. Порівняння кімберлітів Приазов'я з алмазоносними кімберлітовими породами Якутії, Південної Африки, Китаю, Канади, Австралії та ін. виявило велику схожість в іхніх мінералого-петрографічних, петрохімічних та геохімічних особливостях. В сполученні із структурно-тектонічними та загальногеологічними даними це дозволяє вважати Приазовський блок Українського щиту потенційно алмазоносною областю Східно-Європейської кімберлітової провінції. Подальші поглиблені дослідження за допомогою різноманітних методів відомих, а також пошуки нових кімберлітових тіл в цьому регіоні не тільки доцільні, але й необхідні.

ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ НАСТУПНІ РОБОТИ:

1. Некоторые особенности минералов - индикаторов алмазоносности кимберлитов Украинского щита // Материалы докладов 2-й Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых имени акад. М.А. Усова.- Томск, 1998. - С.88 - 89. (соавтор - Мелекесцева И.Ю.)

2. Условия образования пиропов из кимберлитов Приазовского блока Украинского щита // Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов, научных сотрудников и преподавателей ВУЗов и академических институтов геологического профиля.- Екатеринбург, 1999.- С. 248 - 250. (соавтор - Мелекесцева И.Ю.)

3. Хромшпинелиды из кимберлитов Приазовья // Материалы 5-й научн. студенческ. школы “Металлогения древних и современных океанов - 99, рудоносность гидротермальных систем”.- Миасс, 1999.- С. 177 -183. (соавтор - Мелекесцева И.Ю.)

4. Особенности состава хромшпинелидов из кимберлитовых трубок Приазовья // Минерал. журнал.- 1999.- 21.- № 2/3.- С.53 - 61. (соавторы - Панов Б.С., Гриффин В.Л)

5. Хромдиопсиды кимберлитов Приазовского кристаллического массива Украинского щита // Допов. АН України.- 1999.- № 12.- С. 131 - 135. (соавторы - Панов Б.С., Гриффин В.Л).

6. Новые данные о пиропе и пикроильмените из кимберлитов Приазовья // Тезисы докл. Международной научно - практической конференции “Прогнозир. и поиски коренных алмазных месторожд”.- Симферополь, 1999.- С. 305 - 309. (соавторы - Панов Б.С., Гриффин В.Л., Тарасюк О.Н., Смирнов Г.И., Чашка А.И.).

7. О генетических особенностях кимберлитов Приазовья // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины.- Днепропетровск, 1999.- 2.-

№ 6.- С. 44 - 46.

8. Новые данные о хромшпинелидах кимберлитов Приазовья // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины.- Днепропетровск, 1999.- 2.- № 6.- С. 163 - 167. (соавторы - Панов Б.С., Мелекесцева И.Ю.).

9. Новое об алмазоносных породах Австралии и их генезисе // Тезисы докл. Международной научно - практической конференции “Прогнозир. и поиски коренных алмазных месторожд”.- Симферополь.- 1999.- С. 352 - 353. (соавторы - Тиркель М.Г., Мелекесцева И.Ю.).

10. Минералы - индикаторы кимберлитовых пород Украины // Тезисы докл. Международной научно - практической конференции “Прогнозир. и поиски коренных алмазных месторожд”.- Симферополь.- 1999.- С. 303 - 305. (соавторы - Смирнов Г.И., Чашка А.И., Тарасюк О.Н., Панов Б.С., Гриффин В.Л.).

11. Геохимические особенности хромшпинелидов кимберлитовых тел восточной части Украинского щита // Труды 3 - го Международного имени акад. М.А. Усова научного симпозиума.- Томск.- 1999.- С. 76 - 78. (соавтор - Мелекесцева И.Ю.).

12. Некоторые особенности пикроильменита, минерала - спутника алмазов кимберлитов трубки Южной, Приазовского массива // Труды 3 - го Международн. имени акад. М.А. Усова научного симпозиума.- Томск,- 1999.- С. 81 - 82. (соавтор Свивальнева М.В.).

13. Р-Т условия образования образования хромпиропа из кимберлитов Украинского щита // Допов. АН України.- 2000.- № 3.- С. 137 - 143. (соавторы - Панов Б.С., Гриффин В.Л.).

14. Новые данные о химических особенностях пикроильменитов Приазовья // Известия высших учебных заведений, еология и разведка, - № 2 - Москва,- 2000 г. - С. 59 - 66. (соавторы - Панов Б.С., Гриффин В.Л.).

АНОТАЦІЇ

Панов Ю.Б. Типохімізм мінералів-супутників алмазу з кімберлітів Приазов'я. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.20. - мінералогія, кристалографія. - Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, Київ, 2001.

В дисертації узагальнені результати мікрозондових аналізів головних оксидних елементів та одержаних вперше орігінальних протонномікрозондових аналізів елементів-домішків у мінералах-супутниках алмазу з кімберлітових трубок Приазов'я. Виявлені типохімічні особливості складу хромпіропу, хромшпінеліду, пікроільменіту і хромдіопсиду.

Визначені палеогеотермальні умови глибинних частин літосфери регіону під час формування кімберлітів, що характеризувались значеннями температур 1000 - 1100°С, тиску 3,0 - 4,2 ГПа та глибинного теплового потоку 40 - 45 мВт/м2.

З'ясовані геохімічні особливости мінералоутворюючого середовища та одержані дані про наступні процеси метасоматичних змін типоморфних мінералів з кімберлітів Приазов'я.

Виконана оцінка алмазоносності вивчених кімберлітів з урахуванням даних про потенційну алмазоносність мантії регіону та шкідливий вплив на збереження індикаторних мінералів з кімберлітів (в тому числі і алмазів) магматичних та метасоматичних процесів.

Встановлено значну схожість між кімберлітами Приазов'я та алмазоносними кімберлітовими породами Якутії, Південної Африки, Китаю, Канади, Австралії тощо. Це дозволяє вважати Приазовський блок Українського щита потенційно алмазоносною областю Східно-Європейської кімберлітової провінції.

Ключові слова: мінерали-супутники алмазу, типохімізм, елементи-домішки, хімічний склад, палеогеотермальні умови, кімберліти Приазов'я, мантійний метасоматоз, оцінка алмазоносності.

Panov Yu.B. Typical features of chemical composition of indicator minerals for a diamond in kimberlites of the Priazovje. - Manuscript.

Dissertation for gaining the candidat of scientifik degree on specialiti 04.00.20 - mineralogi, cristalografi. Institute of geochemistry, mineralogy and ore formation National Academi of sciences of Ukraine. Kyiv. 2001.

This dissertation represents a detailed study based on results of 522 microprobe analyses of main oxide components and original protone-microprobe analyses of trace elements in pyropes, chromium spinelides, pycroilmenites and chromium diopsides from kimberlite pipes of the Priazovje. The research has recognised the regional palaegeothermal conditions of the deep lithosphere.

The P-T conditions, determined for the stage of kimberlite bodies forming, were 3.0-4.2 Gpa and 1000-1100oС, respectively. The paleaheat flow values were in range of 40 - 45 mWt/m2.

Also, the metasomatic alteration of indicator minerals has been recorded and studied. The mentioned above approaches and results have led to estimate prospectives for diamond exploration of Priazovian kimberlites.

The study of typomorphic features of chemical composition of xenocrysts of indicator minerals from Priazovian kimberlites and their comparison with case studies of diamondiferrous kimberlite and lamproite deposits and manifestations worldwide suggest to evaluate the Priazovian block of the Ukrainian Shield as a potentially prospective area within the Eastern-European Kimberlite province.

Key words: indicator minerals, typomorphism, trace elements, chemical composition, palaegeothermal conditions, Priazovian kimberlities, metasomatic alterations, diamond-carrying potential.

Панов Ю.Б. Типохимизм минералов - спутников алмаза из кимберлитов Приазовья.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.20. - минералогия и кристаллография.- Институт геохимии минералогии и рудообразования НАН Украины, Киев, 2001.

В диссертации обобщены результаты 522 микрозондовых анализов главных оксидных компонентов и полученных впервые оригинальных протонномикрозондовых анализов элементов - примесей в выборках пиропа, хромшпинелида, пикроильменита и хромдиопсида из кимберлитовых трубок Приазовья.

Определены палеогеотермальные условия глубинных частей литосферы Приазовья в период формирования кимберлитовых тел, которые характеризовались значениями температур порядка 1000 - 1100°С, давления 3,0 - 4,2 ГПа и величиной глубинного теплового потока 40 - 45 мВт/м2 (при кондуктивной модели теплопереноса), что свидетельствует о наличии “алмазного окна” в литосфере региона.

Установлены геохимические особенности среды минералообразования, характеризующиеся повышенной окислительной обстановкой и возрастанием роли Cr2O3 при уменьшении содержания MgO, что, обычно, является свидетельством низкой потенциальной алмазоносности кимберлитовых тел.

Получены сведения о наложенных процессах метасоматических изменений типоморфных минералов, влияющих на перспективы алмазоносности содержащих их кимберлитов Приазовья.

Выполнена оценка алмазоносности кимберлитов Приазовья, базирующаяся на интерпретации полученной информации о типохимизме минералов - спутников алмаза, с учетом факторов, отражающих как степень потенциальной алмазоносности мантии, так и вредное влияние на сохранность кристаллов алмаза последующих магматических и метасоматических процессов.

Установлено значительное сходство изученных ксенокристаллов минералов-спутников алмаза кимберлитов Приазовья с аналогами из алмазоносных кимберлитовых и лампроитовых тел различных регионов мира. В сочетании с общегеологическими сведениями это позволяет рассматривать Приазовский блок Украинского щита как потенциально алмазоносную область Восточно - Европейской кимберлитовой провинции.

Ключевые слова: минералы - спутники алмаза, типоморфизм, элементы - примеси, химический состав, палеогеотермальные условия, кимберлиты Приазовья, мантийный метасоматоз, оценка алмазоносности.

Размещено на Allbest.ru