ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 2, с. 143-160
УДК 553.08,537.622.6
МАГНИТОМИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИМБЕРЛИТОВ БОТСВАНЫ
© 2013 г. В. И. Максимочкин1, В. И. Трухин1, Ю. А. Минина1, В. К. Гаранин2,
А. В. Бовкун2, С. М. Анашкин2
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва
1 Физический факультет 2 Геологический факультет Поступила в редакцию 20.02.2012 г.
Исследованы магнитные свойства и минералогия кимберлитов из четырех трубок Ботсваны ВК53, ВК56, АК08 и АК06. Показано, что особенности их магнитных характеристик, а также химического и фазового составов оксидов из связующей массы отражают различия в эволюции кимберлитовых расплавов и условиях становления изученных тел и связаны с продуктивностью алмазов в этих телах. Для кимберлитов из южного тела трубки АК06 с относительно высокой продуктивностью алмазов (0.22 кар/т) характерно наличие пикрохромитов с высоким содержанием хрома и низким — титана (до 49.4 мас. % Сг203 при 3.9 мас. % ТЮ2) находящихся в парамагнитном состоянии при температурах Т > —180°С, а магнитные свойства при температурах выше комнатной обусловлены магнезиальным титаномагнетитом с точкой Кюри +370...+500°С, сформировавшимся в поздние этапы кристаллизации в результате медленного снижения РТ-параметров. Основная часть шпи-нелидов в кимберлитах Ботсваны из трубок с продуктивностью алмазов менее 0.07 карат/т кристаллизовалась при более высоких РТ-параметрах, чем в южном теле трубки АК06, в среде с высокой активностью титана. Ранее выделившиеся хромшпинелиды оказались неустойчивыми, что привело к образованию магнезиально-хромовой и магнезиальной ульвошпинелей (15.9—29.7 мас. % ТЮ2; 12.8— 22.8 мас. % мбо; 0-11.3 мас. % Сг203; 1.2-12.4 мас. % А1203) с точками Кюри Тс = -50...-80°С. Эти условия оказались неблагоприятны не только для сохранности хромшпинелидов, но и алмаза. При этом, при снижении РТ-параметров образовалось небольшое количество мелкодисперсного магнетита с однодоменной и псевдооднодоменной структурой.
Б01: 10.7868/8000233371302004Х
ВВЕДЕНИЕ
Кимберлиты относятся к числу наиболее глубинных магматических пород, доступных для непосредственного изучения. Они встречаются в кратонных областях всех континентов и наряду с лампроитами являются главными коренными источниками алмаза. На территории России известны две кимберлитовые провинции - Якутская и Архангельская, в пределах которых расположен целый ряд месторождений алмаза.
Образование продуктивных трубок кимберлитов и лампроитов на земном шаре происходило в широком временном интервале: от протерозоя (1750 ± 10 млн. лет, ЮАР) до кайнозоя (18 млн. лет, Австралия) [Харькив и др., 1998]. Алмазоносные кимберлиты России имеют среднепалеозойский возраст (330-440 млн. лет назад), многие трубки Южной Африки - мезозойский (менее 90 млн. лет) [Ваганов, 2000].
Исследования кимберлитов проводятся в течение длительного времени. В последнее время при изучении кимберлитов все шире используются
современные очень информативные методы магнетизма горных пород. По комплексу магнито-минералогических параметров появляется возможность установления условий образования и эволюции кимберлитов.
С помощью магнитных методов могут быть решены задачи, связанные, с одной стороны, с определением фазового состава природных ферримаг-нетиков, ответственных за магнитные свойства горных пород, а с другой - с установлением термодинамических условий, в которых они формировались, т.е. с их генезисом. Кроме того, при использовании температурных зависимостей магнитных характеристик могут проводиться оценки протекания химических процессов в ферримаг-нитном минерале и в горной породе. Например, ход кривых 1(Т) определяется вкладом различных ферримагнитных минералов, входящих в состав кимберлитов. Чем меньше эти минералы затронуты последующими процессами метаморфизма со времени их формирования, тем в большей степени ход кривых 1(Т) отражает первичные РТ-условия
и соответственно может быть связан с продуктивностью кимберлитового тела [Трухин и др., 1991]. Методика, основанная на данных о магнитных параметрах горных пород, может применяться при поиске продуктивных трубок. Первоначально такие исследования были направлены на получение корректной интерпретации данных магнитных съемок над кимберлитовыми телами [Саврасов, 1962; 1976; Романов, Эринчек, 1976].
Широкая распространенность микрокристаллических оксидов, и, прежде всего, шпинелидов, в связующей массе кимберлитов, лампроитов и родственных им пород приводит к значительным колебаниям величин магнитных характеристик этих пород.
Основными магнитными минералами, входящими в состав кимберлитов и являющимися спутниками алмазов, являются хромшпинелиды и пикроильмениты. Например, в кимберлитах из алмазоносных тел Золотицкого поля Архангельской алмазоносной провинции, а также из некоторых убогоалмазоносных и неалмазоносных тел Верхотинского поля и Кепинской группы магнитным минералом спутником алмаза является хромшпинелид [Трухин и др., 1991; Харькив и др., 1998; Гаранин и др., 2009]. Хромшпинелиды, содержащиеся в породах Архангельской кимберли-товой провинции не обладают ферримагнитными свойствами выше комнатной температуры (Т0).
В большинстве кимберлитовых трубок Якутии широко представлен пикроильменит [Гаранин и др. 2009; Трухин и др., 1984; 1989; Харькив и др., 1998]. В Архангельской провинции он распространен только в некоторых телах Кепинского поля и в алмазоносной трубке — месторождение им. В. Гриба.
На большинстве образцов кимберлитов Золо-тицкого поля наблюдалась интересная особенность, заключающаяся в сильном росте I в низкотемпературной области (— 196...—150°С) при охлаждении образцов, при этом 1(—196)/1(20) > 2. Было установлено, что рост I при охлаждении от Т0 связан с наличием хромшпинелидов состава 53 мас. % Сг203 с Тс < Т0 [Трухин и др., 1991].
Кроме этого, в кимберлитах Золотицкого поля наблюдались и другие типы кривых I (Т), близкие по виду к "магнетитовым" с небольшими "хвостами" в области Т > 500°С. Это, скорее всего, обусловлено широким развитием процессов серпен-тинизации оливина [Трухин и др., 1991; Харькив и др., 1998].
Присутствие шпинелидов титаномагнетитово-го ряда, которые были обнаружены в кимберлитах диатрем Кепинской группы, свидетельствует о низких термодинамических условиях кристаллизации по сравнению с ранними хромшпинели-дами из связующей массы кимберлитовых пород.
Сопоставление температурных зависимостей намагниченности насыщения 1(Т для кимберлитов севера европейской части России и Якутии показало, что кривые, соответствующие кимберлитам из тел меньшей продуктивности, имеют форму кривых I (Т) более близкую к графику функции Бриллюэна [Трухин и др., 1991; Трухин, 2005], кимберлиты из продуктивных тел характеризовались кривыми I (Т) с положительной кривизной от —196°С до Тс. Эти результаты показывают, что изучение особенностей кривых I(Т) из тел различной продуктивности может оказаться перспективным для оценки продуктивности кимбер-литовых тел. Это различие может быть использовано для экспрессной косвенной оценки алмазо-носности кимберлитовых тел на поисково-оценочной стадии.
В целом, магнетизм кимберлитов севера европейской части России определяется разнообразным набором ферримагнитных минералов, причем продуктивные трубки содержат в основном гомогенные зерна хромшпинелидов. Слабопродуктивные трубки характеризуются зернами сложного состава, они имеют зональное строение, причем зоны представлены ферришпинелидами с различным содержанием железа и ионов других элементов (Сг, А1, М§, Мп, И) либо ферришпинелидами не-стехиометрического состава.
В лампроитах — глубинных мигматитах из Австралии, Испании и России (Алданский щит) [Гаранин и др., 1993] основными ферримагнитными минералами являются также хромшпинелиды. Показано, что по форме кривой термомагнитного анализа I(Т) можно выделить лампроиты разной продуктивности, как и кимберлиты: кривые I (Т) образцов из алмазоносных трубок в области Т > > 0°С имеют форму, приближающуюся к линейной, а в области Т < 0°С величина I (Т) резко возрастает по мере понижения температуры. Для неалмазоносных лампроитов выполняется соотношение !(0°С)/!(-196°С) > 0.7 и !(0°С)/!(-196°С) < 0.3, для алмазоносных - 0.3 < ^ф^/^ (-196°С) < 0.7 [Гаранин и др., 1993].
Таким образом, анализ литературных данных показывает, что магнитные свойства кимберлитов Якутской и Архангельской алмазоносной провинции изучены достаточно хорошо, основными магнитными минералами-спутниками алмаза в них являются пикроильмениты и шпинели-ды определенных составов. Однако, магнитомине-ралогические свойства кимберлитов Африки и, в частности, кимберлитов Ботсваны остаются практически не изученными. Остается невыясным какие минералы ответственны за магнитные свойства кимберлитов из трубок Ботсваны с различной продуктивностью алмазов, какова связь между формированием магнитных минералов и сохранностью алмаза в кимберлитовых телах Бот-
сваны. Как справедливо указывается в работе [Харькив и др., 1998], изучению физических свойств кимберлитов мира в литературе уделено мало внимания.
В данной работе, с целью установления особенностей магнитных свойств и минералогического состава кимберлитов Африки, а также признаков продуктивности кимберлитовых трубок по магнитным свойствам пород, были исследованы магнитные и минералогические свойства кимберлитовых пород из трубок поля Орапа (Ботсвана, Южная Африка).
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Всего было исследовано 23 образца, отобранных с разных глубин (см. таблицу) четырех ким-берлитовых трубок Ботсваны, принадлежащих к полю Орапа (рис. 1):
трубка ВК53 — образцы №№ kv28, kv29, kv30, kv31, kv32;
трубка ВК56 — образцы №№ kv36, kv37, kv38; трубка АК08 — образцы №№ kv33, kv34, kv35, kv39, kv40;
трубка АК06 — центральное тело (образ-цы№№Ьу41, kv42, kv43); южное тело (образцы №№ kv44, kv45, kv46, kv47, kv48, kv49, kv50).
Из перечисленных тел к настоящему времени наиболее изучена трубка АК06. Она расположена в 25 км к юго-востоку от трубки Орапа и состоит из трех сопряженных тел разного размера — Северного, Центрального и Южного. В
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.