ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ АЛМАЗОНОСНОСТИ НЕИЗМЕНЕННЫХ КИМБЕРЛИТОВ НА ОСНОВЕ ПОПУЛЯЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
ИХ СОСТАВОВ
© 2012 г. В. Б. Василенко*, Л. Г. Кузнецова*, А. В. Толстов**, В. А. Минин*
*Институт геологии и минералогии СО РАН, 630090, г. Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3, E-mail:vasilenko@igm.nsc.ru **АК "АЛРОСА", Ботуобинская ГРЭ, 678170, Якутия-Саха, г. Мирный, ул. Ленина, 44Б Поступила в редакцию после доработки 29.07.2011 г.
Принята к печати 31.01.2012 г.
На основании исследования связей между 430 данными по алмазоносности и химическиму составу проб керна кимберлитов установлены корреляционные зависимости алмазоносности с рядом их петрохимических показателей. Образцы отбирались из керна интервалов опробования на алмазо-носность в количестве нескольких штук. Так опробованы трубки Нюрбинская, Ботуобинская, Интернациональная, Мир, Айхал, Юбилейная, Сытыканская, Удачная-западная и Удачная-восточная. Типохимическими признаками на алмазоносность являются содержания оксидов ТЮ2, К20 и соотношения Са0/М§0. Исследование, проведенное на основе построения системных моделей состава алмазоносных кимберлитов, позволило выделить два главных тренда их вариабельности. Первый представлен содержаниями ТЮ2 и обратно коррелирующими с ними содержаниями К20. Тренд обладает дискретностью, что позволяет статистически оправдано разделить его на 7 частей, каждая из которых является сообществом составов, сформированных в близких физико-химических условиях. Экспериментальные данные подтверждают, что этот тренд может быть тесно связан с алмазонос-ностью. Самые богатые алмазом кимберлиты практически не содержат ТЮ2, а самые бедные популяции содержат ТЮ2 до 3%. Первые являются наиболее глубинными, а последние — наименее глубинными образованиями. Второй тренд присутствует во всех популяциях и делит их на дискретные группы (разновидности популяций) с последовательным уменьшением отношения Са0/М§0. Этот показатель нелинейно коррелирует с алмазоносностью и характеризует последовательное повышение температуры плавления субстрата. В некоторых популяциях кимберлитов содержания К20 могут быть аномально высокими, что можно связывать с мантийным метасоматозом или попаданием в зону магмогенерации фрагментов океанической коры. В этих случаях при высоком давлении (больше 100 кбар) в проторасплавах возникает большее количество алмазов. В статье статистически исследованы парные регрессии показательных оксидов с алмазоносностью и графически представлена множественная модель связей породообразующих оксидов с алмазоносностью. Проведенная проверка показала правильность предсказания потенциальной алмазоносности по химическому составу в 85—90% случаев.
Ключевые слова: кимберлит, химический состав, популяционный анализ, алмазоносность.
ВВЕДЕНИЕ
Практические рекомендации по оценке перспектив алмазоносности кимберлитовых пород могут использоваться только для объектов, на которых они получены. Для применения рекомендаций на новых объектах необходимо доказательство их неслучайного характера. Для кимберлитов такие доказательства могут дать теоретические модели петрогенезиса и алмазообразования, среди которых наиболее актуальными остаются две модели: ксеногенная и селективного плавления.
Наиболее отчетливо ксеногенная модель сформулирована в работе Л.А. Тейлора с соавто-
рами [1]: "Большинство алмазов добывают из кимберлитов, но это отражает только, как алмазы были транспортированы к поверхности. Мантийные породы, в которых алмазы действительно росли (перидотиты и эклогиты), большей частью были разрушены турбулентным течением флюида в кимберлитовой магме, посредством чего из них были высвобождены алмазы." [1, стр. 960].
Модель возникновения кимберлитов в результате селективного плавления перидотитов литосферы при воздействии глубинных эманаций легколетучих компонентов предложена А.Ф. Бело-усовым [2] и разрабатывалась в дальнейшем
В.Б. Василенко, Л.Г. Кузнецовой с коллегами [3]. Эти авторы сосредоточили свое внимание на пет-рохимических свойствах кимберлитов с целью построения модели распределения составов в признаковом и физическом пространствах и перехода затем к генетическим моделям.
Проводимые исследования методологически основывались на системном подходе [4]. Перед реализацией исследований необходимо убедиться в том, что сформированная нами и сотрудниками АК "АЛРОСА" база данных химических составов кимберлитов характеризует петрохимиче-ские особенности комагматических пород или представляет случайные сочетания фрагментов мантийных образований.
Для проверки этой альтернативы мы использовали коэффициенты вариаций средних составов 25 магматических и вулканических формаций, представленных отдельными комплексами или магматическими массивами [5]. По данным средних составов 93 кимберлитовых трубок и жил Якутской провинции (всего использовано более 7500 силикатных анализов) наибольшей вариацией обладают средние содержания СаО (v = = 40.6%). Эта величина коэффициента вариации сопоставима с коэффициентами вариации СаО в дунит-клинопироксен-габбровой (v = 40.1%) и щелочно-ультрамафитовой (v = 41.7%) формациях [6]. Из этого следует, что коэффициенты вариации составов кимберлитов имеют такие же значения, как и вулканические породы других формаций. Эти данные подтверждают представления Ю.А. Кузнецова [7], выделившего кимберлито-вую формацию. А.А. Кухаренко [8] среди карбона-титсодержащих магматитов платформенных областей выделил две субфации: кимберлитовую — более глубинную, и щелочно-ультраосновную — менее глубинную, то есть, кимберлиты рассматриваются как составная часть карбонатитовых комплексов. По нашим данным, кимберлиты Якутии представляют собой вулкано-магматиче-скую формацию, в состав которой входят несколько кимберлитовых комплексов [6, 9], каждый из которых приурочен к одному из так называемых кимберлитовых полей.
Настоящая работа продолжает практические исследования химических составов кимберлитов Якутии [10, 11]. Отличительная черта ее от более ранних наших публикаций состоит в том, что предметом изучения явились химический состав и алмазоносность кимберлитов, неизмененных вторичными гидротермально-метасоматически-ми процессами. Этот подход стал возможным в результате исследования вторичных изменений минералов кимберлитов [12]. Из работ Э.А. Шамшиной следует, что интенсивность вторичного
изменения оливин-кальцит-флогопитовых кимберлитов сопряжена с количеством высвобождаемого кремнезема, получившего минералогическое определение в виде "вторичного кварца", количество которого пропорционально интенсивности проявления вторичных процессов. После того, как авторами настоящей работы был предложен метод петрохимического расчета массы вторичного кварца, стало возможным судить о степени измененности пород по их химическому составу [13].
ВТОРИЧНЫЙ КВАРЦ КИМБЕРЛИТОВ
Наиболее распространенное вторичное изменение кимберлитов — серпентинизация оливина. При отсутствии брусита (в якутских кимберлитах его отсутствие отмечается повсеместно) вынос MgO происходит параллельно с накоплением нерастворимого SiO2. Подчеркнем, что типохими-ческим признаком серпентинизации кимберлитов является вынос MgO и накопление нерастворимого SiO2 [12—14]. При максимальном развитии процессов вторичного замещения оливина и флогопита накопление вторичного кварца сопровождается выносом всех породообразующих оксидов, вплоть до образования мономинеральных кварцевых зон. Иногда процесс вторичного изменения сопровождается привносом или выносом карбонатов.
Вторичный кварц (Q) — обычный минерал в измененных кимберлитах. Его количество рассчитывается по уравнению 1, предложенному Л.Г. Кузнецовой [13, 15]:
Q = SiO2 - 0.81Mg0 - 2.8K2O. (1)
К числу неизмененных кимберлитов мы относим составы с параметром Q < 4.0 мас. %. Предельное значение Q, разделяющее измененные и неизмененные кимберлиты, взято нами на основе значения первого отрицательного экстремума на кривой эмпирического распределения частот значений Q, рассчитанных на основании исследуемой базы данных, состоящей из 7500 химических анализов кимберлитов (значительная часть этих анализов может быть найдена по адресу: http:// www.uiggm.nsc.ru/load/load.html и в работах [3, 16]). Проверка петрохимической базы данных на наличие вторичных изменений показала их присутствие в большей части проанализированных образцов.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
В настоящем исследовании изучены кимберлиты из 9 алмазных месторождений: трубки Боту-
Таблица 1. Средние составы неизмененных и вторично измененных кимберлитов из кимберлитовых трубок Бо-туобинская, Нюрбинская, Мир, Интернациональная, Айхал, Юбилейная, Сытыканская, Удачная-западная, Удачная-восточная
Тип кимберлита Кол-во ан. SiO2 T1O2 AI2O3 ZFe2O3 MgO CaO №2O K2O P2O5 Ппп
Неизмененный кимберлит 2205 26.24 0.92 2.25 6.48 27.34 12.54 0.32 0.67 0.39 22.71
Измененный кимберлит 4456 31.47 0.88 3.30 6.68 24.31 12.09 0.14 0.76 0.37 20.92
обинская, Нюрбинская (Накынское поле), Интернациональная, Мир (Мирнинское поле), Айхал, Юбилейная, Сытыканская (Алакит-Мархинское поле), Удачная-западная и Удачная-восточная (Далдынское поле), породы которых охарактеризованы 6661 силикатными и рентгеноспектраль-ными анализами содержаний породообразующих оксидов. Рентгеноспектральные анализы выполнены в Петрохимической группе лаборатории Алмазных месторождений Института геологии и минералогии имени академика В.С. Соболева СО РАН. Аналитик Л.Д. Холодова. Из общей базы данных проанализированных образцов к неизмененным кимберлитам отнесены 2205, что составляет 1/3 от объема исследованной базы составов.
Отбор образцов для химического или рентгено-спектрального анализов производился следующим образом: 2—4-метровые столбы керна из скважин разведочного бурения характеризовались 1—4 образцами, данные по которым усреднялись. Алмазоносность пород определялась по 4-8-метровым интервалам того же керна. Иногда интервалы опробования на алмазы совпадали с интервалами опробования на химический анализ. Трубки исследовались, начиная от приповерхностных частей и кончая глубинами 1000 метров. Таким способом изучены породы по 98 разведочным сква
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.