Особенности коры выветривания кимберлитов северо-востока Анголы

Размещено на http://allbest.ru

ОСОБЕННОСТИ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ КИМБЕРЛИТОВ СЕВЕРО-ВОСТОКА АНГОЛЫ

Н.Н. Зинчук, Ю.Б. Стегницкий

Западно-Якутский научный центр АН PC (Я)

Аннотация

Введение: Приведены результаты комплексного изучения геологического строения и вещественного состава коры выветривания кимберлитов северо-востока Анголы. Важной задачей прикладного характера является оценка степени обогащения коры выветривания глубинными минералами для вопросов прогнозирования и поисков новых месторождений алмазов как коренного, так и рассыпного типов.

Методика: В качестве эталонного объекта выбрана кимберлитовая трубка Катока, характеризующаяся не только незначительным эрозионным срезом и сохранением кратерной постройки, а и широким петрографическим спектром пород и их интенсивным постмагматическим и гипергенным изменением. Для изучения геологического строения и вещественного состава кор выветривания слабо эродированных кимберлитовых трубок Анголы была собрана коллекция штуфных образцов и протолочных проб из верхних горизонтов трубки Катока и ряда других тел этого поля, а также вмещающих кимберлиты пород.

Результаты и обсуждение: В кимберлитовой трубке Катока выделяется два генетических типа пород: собственно кимберлиты с их производными и комплекс вулканогенно-осадочных образований, заполняющих верхние части кратера диатремы. В целом, профиль коры выветривания разделён на две части: нижнюю и верхнюю. Нижняя часть (зона дезинтеграции) представлена слабо изменёнными автолитовыми кимберлитовыми брекчиями, трещиноватыми и частично обохрёнными. Верхняя, наиболее гипергенно изменённая зона, в свою очередь, разделена на карбонатную и бескарбо- натную.

Заключение: Отмечено два процесса изменения кимберлитовых пород региона. Первый - поэтапное превращение оливина в высокотемпературный, затем и низкотемпературный серпентин. Второй - деградация серпентина с одновременным возникновением серии разбухающих минералов, начиная с сапонита через ряд промежуточно метастабильных смешанослойных образований, из которых впервые идентифицированная упорядоченная разновидность лизардит-сапонита является относительно наиболее устойчивой по сравнению с другими упорядоченными смешанослойными фазами триоктаэдрического типа, что подчёркивает специфические условия формирования коры выветривания кимберлитов африканского региона.

Ключевые слова: кора выветривания, кимберлиты, вулканогенно-осадочные образования, африканский континент.

Введение

кора выветривание кимберлиты алмазы ангола

На Африканской платформе (АП) открыто много кимберлитовых тел, распространённых на обширной территории, сгруппированных в отдельные субпровинции, районы и поля [1-5]. До настоящего времени здесь достоверно установлен один генетический тип мантийных алмазов - кимберлитовый. Их коренные месторождения разрабатываются в Южно-Африканской Республике, Ботсване, Танзании, Заире, Зимбабве и Анголе. В настоящее время в Анголе насчитывается около тысячи проявлений кимберлитов, при этом экономически значимые трубки приурочены к полю Катока. Оно расположено в бассейне р. Чикапа на крайнем юге провинции Лунда-Норте. На западе поле граничит с провинцией Маланже, на юге - с провинцией Мошико, а на северо-востоке замыкает границу страны. В геолого-структурном отношении описываемая территория приурочена к западному склону щита Касаи архейско-протерозойского возраста и примыкающей к нему мезозойско-кайнозойской впадине Конго. Кимберлитовые проявления в пределах поля группируются в зону меридиального направления длиной 18 км и шириной 12-14 км. Всего здесь известно более 150 кимберлитовых диатрем, оси большинства из которых ориентированы в северо-восточном и северо-западном направлениях. Среди известных кимберлитовых диатрем поля трубка Катока имеет размеры на поверхности 915х990 м, площадь 66 га. Она представляет уникальную в геологическом и вещественном плане диатрему (рис. 1), характеризующуюся незначительным эрозионным срезом с сохранившейся кратерной постройкой [6-9]. Вмещающие трубку породы представлены докембрийскими гнейсами и кристаллическими сланцами, перекрывающие - неогеновыми песками формации Калахари, палеоген- неогеновыми межформационными песками, слабо ли- тифицированными песчаниками и современными аллювиальными отложениями. Форма трубки в плане почти изометричная. Более 80% её площади было перекрыто свалами и наносами практически пустых пород, представленных продуктами разрушения вмещающих трубку гнейсов и осадками формации Калахари мощностью от первых до 120 м. Непосредственно на дневную поверхность кимберлиты выходят только в западной части трубки на площади около 115 тыс. м² [10-12].

Рис. 1. Схематический план и разрез кимберлитовой трубки Катока: 1 - отложения группы Калахари: a - песчанистые, b - глинисто-песчанистые; 2 - алмазоносные аллювиально-делювиальные отложения; 3 - кратерные фации (аргиллиты и алевролиты); 4 - кимберлитовые брекчии; 5 - массивные интенсивно трещиноватые кимберлиты; 6 - порфировые кимберлиты; 7 - гнейсы.

[Fig. 1. Schematic diagram and section of a Catoca kimberlite pipe: 1 - sediments of the Kalahari group: a - sandy, b - clay-sandy; 2 - diamondiferous alluvial-deluvial deposits; 3 - crater facies (mudstones and siltstones); 4 - kimberlite breccias; 5 - massive intensely fractured kimberlites; 6 - porphyry kimberlites; 7 - gneisses.]

По данным геологоразведочных и добычных работ трубка Катока обладает сложным внутренним строением [13-16]. Её центральная часть площадью около 250 тыс. м² сложена вулканогенно-осадочными образованиями (ВОО), слагающими чашеподобное тело в кратерной части, простирающееся до глубины 270 м от дневной поверхности (рис. 2). По периферии в виде кольцевой зоны шириной от 150 до 250 м располагаются кимберлитовые туфы и туфобрекчии, а в южной части карьером вскрыты порфировые кимберлиты (ПК), тело которых может представлять фрагмент кимберлитового силла [17-19]. С глубиной, по мере перехода от кратерной части трубки к диатремовой, углы падения бортов рудного тела существенно выполажи- ваются (от 80 до 40 градусов). Начиная с глубины 250270 м от поверхности под породами кратерной части(центральная часть) вскрываются кимберлитовые породы жерловой фации - кимберлитовые брекчии (КБ) и автолитовые кимберлитовые брекчии (АКБ). Значительная часть трубки Катока была перекрыта мощным чехлом рыхлых неогеновых и неоген-палеогеновых песчаных отложений, а в долине руч. Катока - современными аллювиальными отложениями небольшой мощности. Непосредственно на вмещающих породах и кимберлитах залегают межформационные пески, а в низах разреза - слабо литифицированные песчаники. Нижняя часть такого разреза содержит рассеянную примесь кимберлитового материала в виде индикаторных минералов кимберлитов (ИМК). Мощность отложений резко увеличивается по мере приближения от периферии к центру трубки. На межформационных песках залегают мелко- и тонкозернистые пески формации Калахари. В основании слоя содержится 1-2метровый маркирующий горизонт гравелитов кремнистых пород с суглинисто-супесчаным заполнителем, являющийся базальным для отложений данной формации. Мощность песков Калахари в контуре трубки и на её склонах существенно не меняется и не превышает 20 м. Во вскрытом карьером и скважинами разрезе уверенно выделяются гетерогенные группы пород двух фаций кимберлитового вулканизма [20-22]: жерловой и кратерной, а также кимберлиты предположительно гипабиссальной (субвулканической) фации.

Рис. 2. Геологическое строение кимберлитовой трубки Катока: 1 - перекрывающие пекчано-глиниктые отложения группы Калахари; 2-9 - Породы кратерной фации: 2-5 - эпикластические отложения кратерной фации: 2 - песчаники; 3 - алевролиты, песчаники, конгломераты с примесью кимберлитового материала; 4 - переслаивание туфопесчаников, туфоалевролитов, туфогравеллитов с псефитовыми кимберлитовыми туфами; 5-6 - оползни пирокластических пород на поверхность вулканогенно-осадочных пород; 7-9 - вулканокластические породы: 7 - кимберлитовые брекчии; 8 - туфы, ксенотуфы; 9 - кимберлитовые туфобрекчии, туфопесчаники, песчаники; 10 - ксенолитовый горизонт основания кратерной фации: туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоаргиллиты, брекчии гнейсов с кимберлитовым цементом, глыбы гнейсов; 11 - породы диатремовой фации (автолитовые кимберлитовые брекчии; туф- физитовые кимберлиты, порфировые кимберлиты); 12 - кимберлитовмещающие архейские гнейсы.

[Fig. 2. Geological structure of the Catoca kimberlite pipe: 1 - overlapping sandy-clay sediments of the Kalahari group; 2-9 - Cities of the crater facies: 2-5 - epiclastic deposits of the crater facies: 2 - sandstones; 3 - siltstones, sandstones, conglomerates mixed with kimberlite material; 4 - intercalation of tuff sandstones, tuff aleurolites, tuffogravellites with psephitic kimberlite tuffs; 5-6 -- landslides of pyroclastic rocks on the surface of volcanic-sedimentary rocks; 7-9 - volcaniclastic rocks: 7 - kimberlite breccias; 8 - tuffs, xenotuffs; 9 - kimberlite tuff breccias, tuff sandstones, sandstones; 10 - xenolithic horizon of the base of the crater facies: tuff sandstones, tuff aleurolites, tuff argillites, breccias of gneisses with kimberlite cement, blocks of gneiss; 11 - rocks of the diatreme facies (autolithic kimberlite breccias; tuffizite kimberlites, porphyry kimberlites); 12 - kimberlite-bearing Archean gneisses.]

Результаты исследований и обсуждение

Кимберлиты на африканском континенте изучались многими исследователями (в том числе и российскими специалистами), причём нередко анализировались и коры выветривания (КВ). Несмотря на, в целом, неплохую изученность отдельных объектов, многие вопросы остаются актуальными и в настоящее время, так как для каждой диатремы свойственна характерная только для неё геологическая обстановка возникновения, становления и формирования как исходных, так и конечных продуктов выветривания стабильных в данных физико-химических условиях. Одной из важных задач прикладного характера в этих исследованиях является оценка степени обогащения КВ глубинными минералами для вопросов прогнозирования и поисков новых месторождений алмазов как коренного, так и рассыпного типов. Процесс выветривания и возникновения новых твердых фаз, как известно [3, 14, 23, 24], обусловливается климатом, минеральным составом исходных пород и гидродинамическими условиями среды. Последние определяются, с одной стороны, климатом, с другой - рельефом и водопроницаемостью пород.

Для изучения геологического строения и вещественного состава КВ слабо эродированных кимберлитовых трубок Анголы была собрана коллекция штуфных образцов и протолочных проб из верхних горизонтов трубки Катока и ряда других тел этого поля, а также вмещающих кимберлиты пород. Кимберлитовая трубка Катока выбрана в качестве эталонной для комплексного исследования в виду максимальной доступности ее изучения. Кроме этого она представляет собой уникальное во многих отношениях геологическое тело, как в качестве месторождения, так своеобразного по вещественному составу объекта. Он характеризуется широким петрографическим спектром пород и их интенсивной измененностью вторичными и корообразовательными процессами с почти полным разрушением реликтовых минералов и затушеванностью первичных текстурно-структурных признаков. И еще один признак из ряда уникальных - относительно хорошая сохранность одного из глубинных ИМК - хромдиоп- сида, обычно подвергающегося вторичным преобразованиям одним из первых (вслед за оливином).

В кимберлитовой трубке Катока выделяются два генетических типа пород: собственно кимберлиты с их производными и комплекс вулканогенно-осадочных образований (рис. 2). Все породы верхних горизонтов трубки претерпели вторичные изменения, в том числе и выветривание, которое интенсивно проходило благодаря возникновению вокруг нее серии трещин, а также образования в центральной ее части кратера (маара), в который сносился и материал дезинтегрированных вмещающих гранитогнейсовых пород.

Геологическое строение и особенности выветривания кимберлитов рассмотрены одновременно с аналогичными параметрами вмещающих пород. Это гнейсы полевошпат-пироксенового состава с прожилками и прослойками кварцитов и кварц-биотитовых сланцев различной степени выветрелости (от глинистых до монолитных прочных разностей). Общий контакт с кимберлитами резкий, с крутыми (до субвертикальных) стенками. Отметка поверхности гнейсов совпадает с отметками поверхности кимберлитов трубки и переход от одной поверхности к другой проходит без резких уступов. Гнейсы темно-серого цвета, полосчатые, массивные, различной степени трещиноватости, преимущественно прочные. Кровля гнейсов скального массива на западной оконечности трубки Катока в районе ручья находится на отметках 900 м, вдоль южного и северного контактов она поднимается до 940-960 м, в восточной оконечности диатремы - до 960-970 м. На всем протяжении выхода кимберлитов на них происходит оползание вмещающих их выветрелых гнейсов.

Гнейсы и кимберлиты перекрыты довольно мощным чехлом рыхлых неогеновых и неоген-палеогено- вых, преимущественно песчанистых, отложений группы Калахари, а в долине ручья - современными аллювиальными и техногенными отложениями небольшой мощности. Мощность песчаного чехла за пределами трубки составляет 20-45 м. В контуре трубки, на ее склонах мощность песков верхнего слоя существенно меняется и не превышает 20 м, зато межформационных песков (нижний слой) резко увеличивается по мере приближения от периферии к центру диатремы. Суммарная мощность их в центре достигает 130-140 м. Нижняя часть разреза межформационных песков содержит рассеянную примесь пикроильменитов, пиропов и убогое количество алмазов.

С целью определения глинистых минеральных фаз выветрелых гнейсов, посредством рентгенографического анализа изучались образцы из вмещающих пород в уступах карьера трубки Катока (рис. 3). Выветре- лые гнейсы характеризуются различной цветовой гаммой и содержат монтмориллонит, сапонит, каолинит- монтморилонитовые смешанослойные образования (КМСО), кварц и гематит. Рентгеноаморфная фаза по данным термического анализа представлена каолинитом и смектитами. При этом зеленовато-желтые и коричнево-желтые разности содержат больше монтмориллонита (10-25%) по сравнению с темно коричневобурыми выветрелыми гранитогнейсами, где преобладает КМСО - до 80% .

КВ кимберлитовмещающих гнейсов имеет определенную зональность. Верхняя ее часть (10-25 м) представлена плотными, твердыми и тугопластичными суглинками, жирными на ощупь из-за обилия сапонити- зированных прожилков кварцитов белого и голубого оттенков. Отчетливо наблюдается унаследованная текстура полосчатых перемятых крутопадающих гнейсов с обилием зеркал скольжения, покрытых жирным на ощупь, влажным глинистым налетом. Нижняя (10-15 м) часть глинисто-дресвянистого состава серовато-зеленого и зеленовато-серого цвета. Она водонасыщена, содержит много рыхлого кварцита диаметром 2-3, реже 5-6 мм. Порода, за исключением некоторых фрагментов, легко разрушается. Кварц-биотитовые сланцы выветрелые до супесей или тонкоплитчатого рухляка. С глубины 30-40 м преобладают выветрелые дресвяные, дресвяно-щебнистые породы с беспорядочной сетью трещин. Переходная зона к материнским слабо выветрелым разностям составляет обычно 3-5 м (зона начальной дезинтеграции).

В пределах развития КВ гнейсов в уступах карьера отмечается растрескивание стенок откосов с образованием промоин по трещинам. Сдвиги в гнейсах направлены в сторону карьера, с вовлечением в сдвиговые блоки прилегающей части кимберлитов, переувлажненной фильтрующимися с верхних горизонтов грунтовыми водами. Поток грунтовых вод, разгружаясь в сторону карьера, доходит до водоупорного кимберлита и вынужден перемещаться по контакту с гнейсами вниз по уступу, просачиваясь на поверхность. Выветривание продуктов дезинтеграции гнейсов, попавших в кратер трубки, продолжалось здесь совместно с пирокластическим кимберлитовым материалом, в определенной вновь образованной физико-химической системе. Таковы, в целом, основные положения, являющиеся основанием изучения процессов, проходивших в кратере в прошлом и равновесных в современных условиях.

a b

Рис. 3. Выветрелые кимберлитовмещающие гнейкы в юго-западной части карьера трубки Катока на горизонтах +970 (а) и +960 (b) м.

[Fig. 3. Weathered kimberlite-bearing gneisses in the southwestern part of the Catoca pipe quarry at +970 (a) and +960 (b) m.]

Характерной особенностью выветривания вмещающих образований и верхней диатремовой части кимберлитовых трубок, выполняющих кратерную постройку пород, является наличие в качестве главного породообразующего слоистого силиката сапонита - магнезиального филлосиликата и реликтовых алюмосиликатов, представленных полевыми шпатами. Подобная ассоциация встречается повсеместно в ксенотуфах и в вулканогенно-осадочных породах, содержащих кальцит и доломит (рис. 4) и в различной степени пропитанных гематитом. Красный цвет и содержание многих белых включений внешне придают породе сходство с латеритом, от которого она отличается минеральным составом. Практически все находящиеся в данных породах минералы являются неравновесными в процессе латеритизации. Известно, что латерит (по крайней мере, верхняя его часть) не должна содержать карбонатов, смектитов и полевых шпатов. Для нее не характерен и кварц, поскольку он если не полностью растворяется, то в значительной мере редуцирован. Латерит образуется в условиях выветривания [3, 23], когда вместе с основаниями выносится из силикатов почти весь кремнезем. Лейсократовые силикаты и все другие алюмосодержащие минералы замещаются гидроксидами алюминия, даже в КВ кварцсодержащих пород (гранитах, гнейсах). Латеритное выветривание возможно при определённых климатических и гидродинамических условиях. Прежде всего, это жаркий климат, низкое нахождение зеркала трещинных вод, трещиноватость пород, обусловливающая их дренаж, и интенсивные осадки. Выпадающие дожди обычно слабокислые и соприкосновение их с силикатами вызывает гидролиз последних, который сводится к удалению оснований и замещению их водородом. Вместе с основаниями выносится соответственное количество кремнезема и удаляются все растворимые соли. В результате на месте исходных минералов остаются гидроокислы алюминия, титана и успевшее окислиться железо в виде окислов и гидроосислов. Происходит и удаление кремнезема из ранее образовавшихся каолинитов. В условиях обводненности пород свободные гидроокислы алюминия не образуются, а возникают вторичные силикаты (сиаллитное выветривание). При хорошем дренаже ниже зеркала грунтовых вод (т.е. в обводненной части), возникают каолиниты, при плохом - гидрослюды и гидрохлориты, сместиты. Из сказанного следует, что нижние обводненные зоны содержат каолинит и смектиты. Что касается карбонатов, то они могут в верхней части появиться только в результате изменения (даже сезонного) климата. В подобных условиях вместе с повышением щелочности грунтовых вод увеличивается и количество кремнекислоты, и возникают силикаты. Но это уже наложенный процесс, при котором поровые растворы подтягивают с дневной поверхности вместе с основаниями и кремнекислоту и на поверхности может возникнуть сместит.

Породы, выполняющие кратер диатремы, в значительной степени представлены продуктами выветривания гнейсов, включающими кварц, полевые шпаты и слюды. Отсутствует или находится в незначительном количестве каолинит. Это свидетельствует о том, что выветривание вмещающих пород происходило в условиях горного типа пенеплена, когда дезинтеграция пород (физическое выветривание) значительно опережало их химическое разложение. Образование кратера глубиной более 200 м привело к возникновению местного горного рельефа. На выходах вмещающих пород возникла дресва, которая селевыми потоками сносилась в кратерную полость. Все это происходило при плохом дренаже трещинных вод, обильных осадках и сезонных изменениях климата. Часть песчаников могла попасть в кратер в уже готовом виде.

Рис. 4. Неизменённые кимберлиты нижних частей разреза трубки Катока.

[Fig. 4. The unchanged kimberlites of the lower parts of the Catoca pipe section.]

В отличие от базитов каолинизация кислых пород происходит во много раз медленнее [23, 25]. Причиной тому большая устойчивость кислых плагиоклазов и калишпатов, а также наличие кварца. Это приводит к образованию мощной зоны дресвы. Возможны также преобразования гидроксидов алюминия и каолинитов в самом кратере, где установилась щелочная среда (наличие карбонатов). Поскольку сапонит встречен и в КВ гнейсов, то возникает вопрос об обогащении системы магнием. В гнейсах до 30% биотита и при выветривании железо обособляется в виде оксидов или гидрооксидов, а магний входит в новообразованные минералы.

Главные исходные породообразующие минералы, которыми сложены выполняющие кратерную постройку породы, можно разделить на кимберлитовые и ксеногенные. К первым относятся хромдиопсид и флогопит. Наличие кальцита предполагается по определению для некоторых образцов по реакции с НС1. Оливин здесь отсутствует. Из других ИМК обнаружены пиропы, пикроильмениты и шпинелиды. Терригенный материал из вмещающих пород представлен кварцем, плагиоклазом, пироксеном, калишпатом и биотитом. Присутствуют также амфиболы (роговая обманка и тремолит). Последний вместе с серпентином относится к автометаморфическим образованиям, а роговая обманка к чуждым кимберлитам породам. Все идентифицированные минералы в термальных условиях или в процессе химического выветривания подвергаются гидролизу. Сильные основания выщелачиваются, а их место занимает водород. Слоистые силикаты в большинстве случаев трансформируются в другие соединения со слоистой структурой. Остальные разрушаются полностью и с реликтов исходной структуры (кремнекислородных тетраэдров) формируются новые силикаты.

В целом же породы кимберлитовой трубки (рис. 5) сложены минералами: а) сугубо кимберлитовыми и их производными (пироксеном, флогопитом, серпентином, кальцитом, акцессориями); б) вмещающих гнейсов(кварц,полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды); в) выветрелых и инфильтрационных образований (каолинитом, смектитом, кальцитом, доломитом, окислами и гидроокислами железа).

Рис. 5. Выветрелые кимберлиты верхних частей разреза трубки Катока. [Fig. 5. Weathered kimberlites of the upper parts of the Catoca pipe section.]

Некоторые минералы содержатся как во вмещающих породах, так и в кимберлитах. Гнейсы кристаллического фундамента кроме пироксенов, амфиболов, слюд нередко содержат еще гранат и ильменит. В сланцах присутствует биотит. Все перечисленные минералы могут находиться в заметном количестве, а иногда их достаточно много. Поэтому по наличию любого из них нельзя без микрозондового анализа определить состав исходной породы, из которой этот минерал попал в кимберлитовую трубку. Известно, что гидробиотит возникает, прежде всего, за счет изменения биотита, а вермикулит развивается по флогопиту. Наличие обоих минералов в измененных кимберлитовых породах свидетельствует о различных источниках их происхождения.

Ввиду общности фемических минералов для кимберлитов и вмещающих пород кристаллического фундамента репером может являться распределение более устойчивых по отношению к вторичным изменениям соединений - кварца, калиевого полевого шпата, кислых плагиоклазов, реликты которых встречаются повсеместно. Выполняющие кратерную постройку породы представляют собой смесь генетически несвязанных между собой минералов, которые после попадания на дневную поверхность выветривались, а продукты разрушения сносились в образовавшийся маар, заполнявшийся постепенно материалом КВ. Отмечаются не- выветрелые минералы среди вулканогенно-осадочных образований трубки. Они также присутствуют в контаминированных кимберлитовых брекчиях, что свидетельствует о наличии дресвянистой КВ гнейсов, вещество которой было захвачено при взрывном извержении. Сложными для интерпретации являются преобразования смеси пород, накопившихся в кратерной полости. Прежде всего, важны преобразования in situ (без привноса растворами компонентов со стороны), т.е. обычное изменение с образованием остаточной КВ, снабжавшей образовавшийся кратер материалом. Выветриванию предшествовали гидротермальные процессы, которые привели к серпентинизации оливина и частичному изменению пироксенов и слюд.

Есть основание предполагать, что климат до внедрения кимберлитовой магмы был близким к настоящему жаркому с контрастным посезонным изменением влажных и засушливых периодов. Об этом свидетельствует состав обвалившихся в кратер пород. Рельеф данной территории возвышенный, довольно расчлененный. В процессе выветривания создаются определенные физико-химические условия на каждом конкретном участке, которые контролируются вышеупомянутыми факторами. Среди них часто может меняться только климат. Последний определяет состав вторичных продуктов, которые могут существовать только в данной конкретной обстановке. Будучи временно конечными, они преобразуются в другие, стабильные в иных условиях.

В верхней приповерхностной части кимберлитовой трубки происходит некоторое передвижение по вертикали зоны, обогащенной карбонатом кальция. Рентгенометрическим анализом из карбонатов установлено два минерала - кальцит и доломит (рис. 6). Можно предположить присутствие в описываемых образованиях арагонита, характерного для парагенетической ассоциации с доломитом вообще, и для апокимберлитов в частности.

По данным распределения минералов в верхней части кимберлитовой трубки наблюдаются определенные особенности: верхняя часть кимберлитового тела обогащена кварцем, полевыми шпатами, большим количеством сапонита. В нижней части преобладает серпентин, содержание которого находится в обратной зависимости от количества смектита. В верхней части диатремы на глубине примерно 300 м от поверхности в кимберлите встречена ассоциация слоистых минералов, отличающаяся от перекрывающих и подстилающих пород. Комплексное исследования тонкодисперсных выделений из этих пород позволили идентифицировать [26, 26] в смеси сапонит в ассоциации с лизардитом структурного типа А, ассоциирующим с небольшой примесью модификации 1Т. При этом модификации А свойственна полубеспорядочная, а для 1Т - более высокая степень совершенства структуры. В отдельных участках описываемых пород в процессе постмагматических и гипергенных преобразований образуется впервые идентифицированное нами [28-30] упорядоченное лизардит-сапонитовое смешанослойное образование (ЛССО). Исходя из высот сапонитового (~15 А) и лизардитового (7,30 А) слоёв, для идентифицированного смешанослойного образования установлена высота его кристаллической решётки (диагностического первого базального рефлекса) примерно в 22 А. Установлена кристаллохимическая модель идентифицированного лизардит-сапонита, где по нормали к слоям упорядоченно чередуются 1:1 слои лизардита и 2:1 сапонита, разделённые межслоевыми промежутками разного типа. Обменные катионы (в основном Са) и молекулы Н₂О в открытых межслоевых промежутках структуры минерала располагаются между двумя смежными тетраэдрическими сетками 1:1 и 2:1 слоёв. В межслоевом промежутке, образованном другой тетраэдрической сеткой 2:1 слоя и октаэдрической 1:1 слоя, действуют водородные связи между атомами Н внешних гидроксилов октаэдрической Об_аз тетраэдрических сеток. Слои 2:1 полярны, их тетраэдрические сетки, примыкающие к октаэдрической и тетраэдрической сеткам 1:1 слоя, различаются по катионному составу - Si и Si, Al соответственно.

В нижней части описываемого разреза породы содержат преимущественно лизардит, образующийся за счёт преобразования оливина. В большей части этой толщи лизардит ассоциирует с сапонитом, являющимся продуктов последовательного изменения серпентина в условиях повышения кислотности среды, связанной с взаимодействием кимберлитового материала с вмещающими диатрему кислыми породами. В КБ отмечена ассоциация лизардита с упорядоченным ЛССО. В отличие от этого, в отложениях вулканогенно-осадочной толщи серпентин практически полностью исчезает и в дисперсной части присутствует сапонит с переменной примесью слюды. Такое распределения слоистых минералов позволяет утверждать, что исходным минералом указанной последовательности на постоливиновой стадии изменения кимберлитов диатремы является серпентин.

Сапонит и смектит возникли, по всей вероятности, вследствие силификации серпентина. Разница заключается в том, что на образование первого из них был израсходован весь (или почти весь) серпентин, поскольку среда была богата SiO₂ и AI2O3 (полевые шпаты и кварц), а смектит возник за счет самого серпентина, а также пироксенов и амфиболов, содержащих по сравнению с оливином и серпентином повышенное количество кремнезема. Значительную часть магнезии при этом отнял у системы в процессе своей кристаллизации и доломит. Смектит, по всей вероятности, представлен тоже магнезиальной разностью, которая по составу более всего отвечает стивенситу, у которого, в отличие от сапонита, отсутствует замещение в кремнекислородной сетке кремния алюминием, а некоторая нехватка октаэдрических катионов не может обеспечить только незначительный заряд слоя в целом и компенсация происходит за счет поглощенного кальция. Таким путем возникают смешанослойные образования, которые могут образоваться как за счет существующего серпентина, так и в процессе изменения клинопироксена, когда за его счет возникает смектит (вернее, смектитоподобные слюды: очевидно близкие к сти- венситу) и серпентин.

Интерпретируя имеющиеся результаты исследования по керну опорных скважин, можно выделить зоны профиля КВ кимберлитовых пород. Из построенных по результатам рентгенографических исследований диаграмм следует (рис. 6), что наиболее разнообразной в минеральном отношении является вулканогенно-осадочная толща. Большинство минералов вулканогенно-осадочных пород в нижней части разреза не встречаются. К таковым относится кварц, полевые шпаты, вермикулит, амфибол, каолинит и гематит. Часть из этих и других минералов несомненно привнесены (в частности, полевые шпаты), часть возникла в процессе становления самой породы или дальнейшего ее изменения, включая выветривание. К несомненно привнесенным относятся полевые шпаты, кварц, значительная часть слюд, амфиболы. На месте образовался, по всей вероятности, гематит, и, возможно, каолинит и смектиты, а также карбонаты. Последние в тропиках, как известно, в зависимости от интенсивности осадков, могут перемещаться на определенное расстояние вниз или вверх. Серпентин в этих образованиях не установлен.

Рис. 6. Распределение вторичных минералов по опорному разрезу скважины пройденной в центральной части трубки Катока:

1 - межформационные пески; 2 - переотложенные эксплозивно-обломочные породы; 3 - вулканогенно-осадочные породы; 4 - кимберлитовые брекчии.

[Fig. 6. Distribution of secondary minerals along the reference section of a well drilled in the central part of the Catoca pipe: 1 - interformational sands;

2 - redeposited explosive-clastic rocks; 3 - volcanic-sedimentary rocks; 4 - kimberlite breccias.]

Почти полностью эти породы пропитаны пелитоморфным гематитом, а значит их следует отнести к КВ вулканогенно-осадочных пород. В элювии произошла каолинизация полевых шпатов, вермикулитизация слюд и образование карбонатов в виде сети прожилков. Все эти минералы, так или иначе, не могут служить безальтернативным репером при выделении отдельных зон. Индикаторами могут служить карбонаты кальция, которые всегда чутко реагируют на pH среды. Кальцит (и арагонит) обычно не устойчивы при понижении pH, частом промывании пород, поскольку дождевая вода всегда слабокислая. Если приравнять всю КВ к таковой для ультраосновных пород, то при полном профиле согласно установившейся традиции должны быть зоны нонтронитов, которых в нашем случае практически нет, и зоны охр, нередко сопровождаемых кварцем. Присутствующие в КВ полевые шпаты, как и ассоциирующий с ними кварц, отнесены к терригенным образованиям, источником которых являются вмещающие диатрему гнейсы.

Анализ химического состава изучаемых образований показал существенные вариации концентрации всех петрогенных компонентов , которые довольно близки для других типов кимберлитовых пород (ПК, АКБ и КБ) при повышенной роли кремнезёмности вулканогенно-осадочных и эпикластических образований, которым свойственны также повышенные концентрации щёлочей (оксидов натрия и калия) при пониженной роли магнезии и железа. При переходе к собственно кимберлитовым образованиям диатремовой части (глубины ниже 250 м) количество оксида магния заметно увеличивается, а кремнезёма уменьшается при существенно проявленной контрастности содержаний [15]. Средние содержания элементов-примесей в различных генетических группах пород обнаруживают тенденцию постепенного уменьшения средних концентраций значений Cr, Ni, Co, Zn и Sr в направлении от кимберлитовых пород гипабиссальной и жерловой фаций к образованиям кратерной части. Никель ведёт себя как антгонист по отношению к другим элементам-примесям, постепенно увеличивая положительную корреляцию с кобальтом по направлению от кимберлитов к вулканогенно-осадочным образованиям. Отношение Ni/Co, характеризующее обычно глубинность образования исходных расплавов, имеет довольно высокие значения (в среднем выше 10, достигая в КБ 13,8).

Заключение

Таким образом, изученную КВ вулканогенно-осадочных пород можно разделить на бескарбонатную и карбонатную. Каолинизация полевых шпатов происходила, очевидно, на месте (in situ), о чем свидетельствует совместное нахождение его с плагиоклазом, по которому каолиниты в большинстве случаев образуются даже в условиях, неблагоприятных для развития данного процесса. Анализируя распределение минералов по разрезам кимберлитовых пород, можно отметить, что выветрелые кимберлитовые брекчии разделить на отдельные зоны по минеральному составу довольно затруднительно. Серпентин, который является главным реликтовым минералом той части КВ, присутствует во всем данном интервале вплоть до глубины 400 м, ассоциируя со слюдой и кальцитом. Смектиты (сапонит и нонтронит) отсутствуют в верхней части выветрелых кимберлитов, что возможно связано с боковым подтоком трещинных вод, приведшим к образованию своего рода линейной КВ.

В отношении собственно кимберлитовой части диатремы можно утверждать, что вскрытые и изученные породы относятся к типичным образованиям КВ. Изученный профиль КВ можно разделить, исходя из состава и структуры исходных пород, на нижнюю и верхнюю зоны. Нижняя часть КВ, которая образовалась по АКБ, отнесена к зоне дезинтеграции (гидролиз здесь уменьшается, т.к. у серпентина больше водорода, чем у смектитов). Верхняя зона разделена на бескарбонатную и карбонатную. В целом, профиль КВ на кимберлитах северо-востока Анголы по своему составу, структуре и текстуре является характерным для пород этого семейства. Типовые новообразования представлены серпентином, образовавшимся вследствие гидролиза силикатов (в первую очередь оливина) в гидротермальных условиях. Все породы слабоэродированных трубок претерпели интенсивные вторичные изменения, включая выветривание, которое интенсивно проходило благодаря возникновению серии трещин, а также образованию кратерной впадины, в которую сносился и материал дезинтегрированных вмещающих гнейсовых пород. Разрушение последних продолжалось в мааре совместно с пирокластическим материалом. В результате в верхней части кратера возникла перемещенная КВ за счет самого же элювия.

При гипергенно-метасоматическом изменении кимберлитов региона можно отметить два процесса. Первый - поэтапное превращение оливина в высокотемпературный, а затем и низкотемпературный серпентин. Второй - деградация серпентина с одновременным возникновением серии разбухающих минералов, начиная с сапонита через ряд промежуточных метастабильных смешанослойных образований. Из них впервые идентифицированная упорядоченная разновидность лизардит-сапонита является относительно устойчивой по сравнению с другими упорядоченными смешанослойными фазами триоктаэдрического типа (типа хлорит-сапонитов и хлорит-вермикулитов). Возникновение упорядоченного ЛССО, по нашему мнению, происходило в закрытой системе при низких термобарических параметрах среды и медленно протекающем процессе деструкции первичных и синтезе вторичных минералов. Изолированность системы минералообразования определяла возможность сохранения в ней восстановительных условий, что сопровождалось перераспределением химических элементов между гипогенными минералами, поровыми растворами и гипергенными новообразованиями. Относительно низкие значения давления и температуры в зоне возникновения лизардит-сапонита обусловили значительное содержание в его структуре разбухающих слоёв. Невысокая динамика массопереноса вещества в системе минералообразования способствовала тенденции развития упорядоченного чередования неразбухающих и разбухающих слоёв в структуре идентифицированного смешанослойного минерала. Одновременно с изменением кимберлитов и последовательным преобразованием минералов происходит синтез ряда Fe-содержащих фаз. Начиная с наиболее ранней стадии изменения оливина, ильменита, магнетита по минералам образуются плёночки пылевидных скоплений рудных новообразований, рассеянным также по основной массе пород, придавая образованиям различной интенсивности грязно-бурый цветовой облик.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ваганов В. И. Алмазные месторождения России и Мира (основы прогнозирования). М.: Геоинформмарк. 2000. 370 с.

2. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир. 1983. 300 с.

3. Зинчук Н. Н., Савко А. Д., Крайнов А. В. Кимберлиты в истории Земли. Труды научно-исследовательского института геологии: Воронеж, Изд-во Воронеж. гос. ун-та. Вып. 68. Воронеж: ВГУ. 2013. 99 с.

4. Зинчук Н. Н., Савко А. Д., Шевырёв Л. Т. Историческая минерагения. В 3-х томах. Том 1. Введение в историческую минерагению. Воронеж: ВГУ. 2005. 587 с; Том 2. Историческая минерагения древних платформ. Воронеж: ВГУ. 2007. 570 с. Том 3. Историческая минерагения подвижных суперпоясов. Воронеж: ВГУ. 622 с.

5. Харькив А. Д., Зинчук Н. Н., Крючков А. И. Коренные месторождения алмазов Мира. М.: Недра. 1998. 555 с.

6. Зинченко В. Н. Кимберлиты северо-востока Анголы. Геологическое строение, алмазоносность, алмазы. Saarbrucken, Palmarium Academic Publ. 2014. 240 c.

7. Зинчук Н. Н., Савко А. Д., Шевырёв Л. Т. Тектоника и алмазоносный магматизм. Воронеж: ВГУ. 2004. 426 с.

8. Зуев В. М., Харькив А. Д., Зинчук Н. Н., Маккенда А. Сла- боэродированные кимберлитовые трубки Анголы // Геология и геофизика. 1988. №3. С. 56-62.

9. Ротман А. Я., Зинчук Н. Н., Носыко С. Ф., Егоров К. Н., Чёрный С. Д., Стегницкий Ю. Б., Бондаренко А. Т., Василенко В. Б., Крючков А. И. Модель слабоэродированных кимберлитовых диатрем на примере трубки Катока (Ангола) // Сб.: Геологические аспекты минерально-сырьевой базы АК «АЛРОСА»: современное состояние, перспективы, решения. Мирный: МГТ. 2003. С. 152-169.

10. Ганга Ж., Зинченко В. Н., Носыко С. Ф., Ротман А. Я. Алмазоносность и перспективы обнаружения новых кимберлитовых месторождений на северо-востоке Анголы // Региональная геология и .металлогения. 2004. №22. С. 116-123.

11. Носыко С. Ф., Ротман А. Я. Специфика кимберлитовых проявлений и перспективы алмазоносности северо-востока Анголы // Сб.: Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: ВГУ. 2003. С. 102-108.

12. Ротман А. Я., Зинчук Н. Н., Носыко С. Ф., Крючков А. И., Егоров К. Н., Стегницкий Ю. Б. Геология и вещественный состав кимберлитовой трубки Катока (Ангола) // Сб.: Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: ВГУ. 2003. С. 111-121.

13. Ротман А. Я., Зинчук Н. Н., Носыко С. Ф., Шимуни Ж. Основные генетические типы алмазных месторождений северо-востока Анголы // Сб.: Геология алмазов - настоящее и будущее (геологи к 50-летнему юбилею г. Мирный и алмазодобывающей промышленности России). Воронеж: ВГУ. 2005. С. 594-609.

14. Зинчук Н. Н., Стегницкий Ю. Б., Зинчук М. Н. Продукты выветривания кимберлитовых пород и их роль при образовании россыпей алмазов (на примере трубок Накынского поля и Катока) // Сб.: Природные и техногенные россыпи. Проблемы. Решения. Труды III Международной научно-практической конференции. - Симферополь: КО Укр. ГГРИ. 2007. С. 160-167.

15. Ротман А. Я., Зинчук Н. Н., Ащепков И. В., Егоров К. Н. Кимберлитовый магматизм и вопросы алмазоносности // Сб.: Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: ВГУ. 2003. С. 856-891.

16. Стегницкий Ю. Б., Колесник А. Ю., Кукуй И. М., Антонова Н. В. Геохронологическая характеристика некоторых кимберлитовых тел северо-востока Анголы // Сб.: Эффективность геологоразведочных работ на алмазы: прогнозно-ресурсные, методические и инновационно-технологические направления их повышения. Мирный: МГТ. 2018. С. 191195.

17. Стегницкий Ю. Б., Абрамов В. Ю., Кукуй И. М. Прогнозно-поисковая модель алмазоносной трубки северо-востока Анголы // Сб.: Эффективность геологоразведочных работ на алмазы: прогнозно-ресурсные, методические и инновационно-технологические направления их повышения. Мирный: МГТ. 2018. С. 185-190.

18. Гулевская Н. С., Николаева Э. В., Стегницкий Ю. Б., Романова Е. А. Минералогические особенности кимберлитовых тел юго-западной части алмазоносного района Лунда, Ангола // Сб.: Эффективность геологоразведочных работ на алмазы: прогнозно-ресурсные, методические и инновационно-технологические направления их повышения. Мирный: МГТ. 2018. С.72-77.

19. Xарькив А. Д., Левин В. И., Маккенда А., Сафронов А. Ф. Кимберлитовая трубка Камафука-Камазамбо (Ангола) - самая крупная в мире // Изв. АН СССР. 1992. № 6. С. 114-123.

20. Стегницкий Ю. Б. Глинистые минералы коры выветривания кимберлитовых пород и возможности их использования при поисках и разведке коренных месторождений алмазов // Сб.: Вопросы методики прогнозирования и поисков месторождений полезных ископаемых (применительно к обьектам геологоразведочных работ АК «АЛРОСА»). Якутск: ЯФ СО РАН. 2004. С.167-173.

21. Василенко В. Б., Зинчук Н. Н., Ротман А. Я., Кузнецова Л. Г., Минин В. А., Xолодова Л. Д. Сравнительная характеристика постмагматического изменения кимберлитов Якутии и Африки // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2008. №1. С.34-46.

22. Иванов А. С., Феликс Ж. Т., Стегницкий Б. С., Роговой В.

В. Оценка потенциальной алмазоносности кимберлитовых пород трубки Луеле по составам пиропов // Сб.: Эффективность геологоразведочных работ на алмазы: прогнозно-ресурсные, методические и инновационно-технологические направления их повышения. Мирный: МГТ. 2018. С. 92-96.

23. Зинчук Н. Н. Постмагматические минералы кимберлитов. М.: Недра. 2000. 538 с.

24. Зинчук Н. Н., Стегницкий Ю. Б. Продукты выветривания кимберлитовых пород как дополнительный критерий при поисково-разведочных работах на алмазы (на примере трубок Накынского поля Якутии и Катока, Ангола) Анголы // Сб.:

Геология алмазов - настоящее и будущее (геологи к 50-лет- нему юбилею г.Мирный и алмазодобывающей промышленности России). Воронеж: ВГУ. 2005. С. 1369-1383.

25. Савко А. Д., Шевырёв Л. Т., Зинчук Н. Н. Эпохи мощного корообразования и алмазоносного магматизма в истории Земли. Воронеж: ВГУ. 1999. 102 с.

26. Хитров В. Г., Зинчук Н. Н., Котельников Д. Д. Закономерности изменения химического состава пород в зоне гипергенеза// Гинергенез ирудообразование. М.: Наука. 1988.

С.15-28.

27. Зинчук Н. Н., Котельников Д. Д., Стегницкий Ю. Б., Жух- листов А. П. Стадийность и направленность преобразования серпентина и флогопита в кимберлитах трубки Катока (Ангола) // Известия ВУЗов. Геология и разведка. 2005. №2. С.16-23.

28. Горшков А. И., Зинчук Н. Н., Котельников Д. Д., Шлыков В. Г., Жухлистов А. П., Мохов А. В., Сивцов А. В. Новый упорядоченный смешанослойный минерал лизардит-сапо- нит из кимберлитов Южной Африки // Доклады РАН. 2002. Т. 382. №3. С. 374-378.

29. Егоров К. Н., Зинчук Н. Н., Ротман А. Я., Носыко С. Ф., Сонеева Л. А. Геохимия (ICP-MS) и мантийный источник кимберлитов северо-востока Анголы // Отечественная геология. 2006. № 2. С. 20-28.

30. Зинчук Н. Н., Жухлистов А. П., Стегницкий Ю. Б., Котельников Д. Д. Лизардит и сапонит в кимберлитовой трубке Катока (Западная Африка) // ЗРМО. 2006. 4.CXXXV. №1. С. 91-102.

Features of the weathering crust of the kimberlites of north-east Angola

Abstract

Introduction: The results of a comprehensive study of the geological structure and material composition of the weathering crust of the kimberlites in north-east Angola are presented. An important applied problem is the assessment of the degree of enrichment of the weathering crust by deep minerals for forecasting and searching for new diamond deposits of both primary and placer types.

Methodology: The Catoca kimberlite pipe, characterized not only by an insignificant erosional section and preservation of the crater structure, but also by a wide petrographic spectrum of rocks and their intense post-magmatic and hypergenic variation, was chosen as a reference object. The collection of ore samples and flow samples from the upper horizons of the Catoca pipe and a number of other bodies of this field, as well as rocks containing kimberlites, were collected for the study of the geological structure and material composition of weathering crusts of weakly eroded Angola kimberlite pipes.

Results and discussion: Two genetic types of rocks were distinguished in the Catoca kimberlite pipe: kimberlites with their derivatives and a complex of volcanic-sedimentary formations filling the upper parts of the crater of diatreme. In general, the profile of the weathering crust is divided into two parts: lower and upper. The lower part (disintegration zone) is represented by slightly altered autolithic kimberlite breccias, fractured and partially ocherized. The upper, the most hypergene-altered zone, in turn, is divided into carbonate and non-carbonate parts.

Conclusions: Two processes of changes in the kimberlite rocks of the region were revealed. The first process is the phased conversion of olivine to high-temperature, then low-temperature serpentine. The second process is the degradation of serpentine with the simultaneous emergence of a series of swellable minerals, starting with saponite through a series of intermediate metastable mixed-layer formations, out of which the ordered variety of lyzardite-saponite, identified for the first time, was relatively more stable compared to other ordered mixed-layer phases of the trioctahedral type. This finding emphasizes the specific conditions of crust formation of the weathering kimberlites of the African region.

Keywords: weathering crust, kimberlites, volcanic-sedimentary formations, African continent.

Размещено на Allbest.ru