Кимберлиты в восточной части Украинского щита и их минералогические особенности

Панов Б.С., Кривонос В.П., Меляховецкий А.М., Морозова Г.В.

В восточной части Украинского щита (Приазовский кристаллический массив, ПКМ) недавно выявлены кимберлитовые тела в коренном залегании, детальное изучение минералого-геохимических и других особенностей которых позволяет подойти к оценке их потеннциальной алмазоносности. ПКМ сложен архейскими и нижнепротерозойскими метаморфогенными образованиями (гнейсами, кристаллическими сланцами и др.), которые прорваны интрузиями гранитоидных и щелочных пород протерозойского возраста. На долю метаморфогенных комплексов приходится более 60% всей площади Приазовья, тогда как интрузивные комплексы занимают 30%. Северная часть ПКМ сочленяется со складчатыми структурами Донецкого бассейна.

В зоне сочленения Донбасса с Приазовьем на докембрийском кристаллическом субстрате несогласно залегают средне- и верхнедевонские осадочно-вулканогенные образования, перекрытые нижнекаменноугольными осадочными породами. Наиболее мощно магматизм проявился в позднем девоне в связи с обособлением в теле Русской влатформы по Южно-Донбасскому глубинному разлому палеорифтогенной зоны глобальной протяженности- линеамент Карпинского. Глубинное строение зоны сочленения характеризуется общей для большинства рифтогенных зон особенностью- подъемом поверхности Мохо, которая залегает здесь, по данным глубинного сейсмического зондирования, на отметках 35-40км (50км в центральной части Донбасса).

Нарушенность земной коры по всей ее мощности в зоне сочленения Донбасса и Приазовья создает благоприятные условия для образования кимберлитовых пород, в парагенезисе с которыми могли возникать и карбонатиты. Наиболее примечательны два проявления кимберлитовых пород: на Петровском участке и к югу от него, в верховье балки Мостовой, впадающей в р.Кальмиус.

Петровское тело эруптивных брекчий и туфобрекчий кимберлитов имеет овальную форму (400*200м), мощность 35-50м. Оно залегает среди базальтоидных пород Петровской толщи, которая размещена между вулканитами антон-тарамской свиты (D2-D3) и терригенно-карбонатными отложентями николаевской свиты (D2) и изобилует ксеногенным материалом (до 60-80% объема породы). Автолиты кимберлитов составляют 10-20%, цементирующая масса преимущественно карбонатного состава-10-30%.

Ксеногенный материал кимберлитовых брекчий состоит из ксенолитов ультраосновных пород, кристаллических образований фундамента и ксенолитов осадочных девонских пород. Типоморфными минералами кимберлитов являются пироп, округлые зерна или обломки хромитов и черных рудных включений, представленных главным образом пикроильменитом. По данным изотопных анализов кислорода и углерода, выполненных в изотопной лаборатории Фрайбергской горной академии, для оюломков ультраосновных прод, замещенных карбонатом, получены значения С= от 8.8 до -9.5% и О= от +21.5 до +21.9%, а для базальтоидных туфов петровской толщи С=-6.1% и О=+14.5%. Эти данные указывают на глубинный источник углерода и существенную роль приповерхностного кислорода при эксплозивных процессах формирования кимберлитовых брекчий и базальтоидных туфов.

На втором проявлении кимберлитов выяявлены четыре кимберлитовых тела, геологическая позиция которых однозначнее, чем Петровского проявления. Первое из них представлено кимберлитовой трубкой Надежда, овальной в плане формы (60-30м). Трубка, прорывающая протерозойские (2050-2000 млн.лет) биотит-амфиболовые граниты Дубовского массива, падает на юго-запад и с глубиной переходит в дайку. Вторая трубка Южная (в плане 300*150м) имеет сложную извилистую форму и прослежена бурением до глубины около 300м. В нескольких километрах к юго-западу от Южной бурением выявлены еще два тела. Все эти тела сложены кимберлитами и кимберлитовыми брекчиями.

Кимберлиты представлены массивной породой от темно-зеленого до голубовато-серого цвета порфировой структуры. Порфировые выделения (до 30% объема породы) сложены оливином, часто полностью серпентинизированным, флогопитом, пиропом, пикроильменитом, хромшпинелидом. Пиропы обычно красного и фиолетово-красного цвета. Хромшпинелиды образуют мелкие до 1мм кристаллы. Изредка встречаются очень мелкие зерна ярко-зеленого хромдиопсида. Основная масса породы включает микрозерна серпентина, хромита, слюд, апатита и магнетита. Кимберлиты местами сильно карбонатизированы.

Кимберлитовые брекчии состоят на 20% из автолитов шарообразной или сплюснуто- удлиненной форм, сложенных нацело карбонатизированными овальными зернами оливина, и чешуйками интенсивно измененного флогопита, 30% породы представлены ксенолитами гранитоидов, реже известняков, глинистых сланцев и песчаников, размером до 2-7см, а 45-50% приходится на цемент карбонат-хлоритового состава. Средицементирующей массы выделяются кристаллокласты, сложенные мелкими (от 1 до 2мм) чешуйками флогопита и псевдоморфозами вторичных минералов по оливину.

По химическому составу кимберлиты Приазовья сходны с кимберлитами из других регионов, но отличаются пониженным содержанием MgO и повышенным K2O и TiO2. Сравнение химических составов кимберлитов из Приазовья, провинции Шандун (Китайская платформа) и Якутии показывает, что китайские и якутские характеризуются увеличенными концентрациями MgO и пониженными TiO2, Al2O3, K2O, P2O5. Повсеместно в кимберлитовых породах Приазовья K2O резко преобладает над Na2O, что сближает их с лампроитами, а количество глинозема значительно превышает сумму щелочей. Вариации содержаний K2O и Al2O3 связаны с непостоянным количеством флогопита в породах. Относительно низкое содержание MgO в кимберлитах Приазовья объясняется интенсивностьюпроцессов разрушения оливина, который почти полностью замещен серпентином, слюдами, хлоритом и др.

Среди минералов изученных пород в Приазовье одним из наиболее важных индикаторов глубинности образования кимберлитовой магмы и ее потенциальной алмазоносности являются гранаты. В качестве характеристик состава гранатов используют обычно их хромистость и кальциевость, т.е. содержание Cr2O3 и CaO (в процентах). По данным изучения пиропов из 150 кимберлитовых трубок из разных регионов земного шара (россия, ЮАР, Лесото, Индия и др.) однозначно доказано: присутствие хромсодержащих пиропов, бедных кальцием, является индикатором алмаз-пироповой фации глубинности кимберлитов, т.е. алмазоносности.

Химический состав (в мас.%) гранатов варьирует по содержанию магниевого (68.5-77.8), хромового (7.9-29.3) и кальциевого (12-17.4) компонентов. Выделяются сходством пиропы из кимберлитовых трубок Приазовья: магниевый компонент изменяется от 69.6 до 70.7 (мол.%), хромистый от 17.5 до 20.3, кальциевый от 14.9 до 16.7. Приведенные величины говорят о том, что эти гранаты, как и отдельные зерна гранатов из участка Петровского, приближается по составу к гранатам продуктивных кимберлитов. Если судить по количеству Cr2O3 (вес.%) в изученных гранатах, то по этому показателю они приближаются к гранатам из кимберлитовых трубок Якутии. Однако, как отмечено Н.В.Соболевым и другими авторами, повышенная хромистость гранатов без учета содержания в них CaO может привести к ошибочным заключениям о потенциальной алмазоносности. Минералом-индикатором алмазоносности могут служить также хромшпинелиды, особенно высокохромистые разности, содержащие более 60% Cr2O3. Среднее количество этого компонента в хромитах из включений в алмазах составляет 65%, в ряде случаев приближается к 69%, что присуще стехиометрическим, практически чистым, безглиноземистым хромитам.

Интересны результаты микрозондовых анализов хромшпинелидов из аллювиальных концентратов зоны сочленения Донбасса с Приазовьем. Из 12 проанализированных образцов лишь в одном содержание трехокиси хрома составляет 60.13%, т.е. приближается к критериальному. В остальных наблюдается довольно большой разброс значений хромистости-глиноземистости (от 34.89 до 58.83 и от 8.14 до 16.39 соответственно), существенные колебания содержаний двуокиси титана (от 0.08 до 5.92) и окиси железа (от 12.53 до 37.38). Особенности состава хромшпинелидов, в целом характерные для кимберлитовых пород, соответствуют тому набору парагенетических типов этого минерала, который встречается и в алмазоносных кимберлитах.

По полученным данным можно выделить два типа хромита: высоко- и низкохромистый. Первый (52-60% Cr2O3) объединяет большую часть проб с малой железистостью (15-17% FeO) и низким содержанием титана (около 1-1.5 % TiO2). Второй тип (до 36% Cr2O3) отличают высокая железистость (до 37%FeO) и повышенные количества двуокиси титана (до 5.9%). Содержание глинозема и окиси магния в хромитах обоих типов примерно одинаковы.

Кристаллические зерна хромшпинелидов нередко имеют неоднородное, зональное строение, часто связанное с вторичными процессами гипергенеза: замещением по трещинам и контактам зерен хромшпинелидов магнетитом, гематитом и другими изменениями. Значительно больший интерес представляет первичная, гипогенная зональность минерала. Результаты химического изучения центральной и периферической частей двух зерен хромшпинелидов выявляют различия в содержаниях как отдельных компонентов, особенно железисто-титанистого, так и соотношений хром-глиноземистости и магний-железистости. Подобное изменение титанистости, железистости и отношения Cr:Al типично для хромшпинелидов из кимберлитов.

При оценке потенциальной алмазоносности кимберлитовых пород следует учитывать химические особенности ильменита. Парагенетический тип ильменита, ассоциирующийся с алмазом, представлен высокотитанистым (до 60% TiO2) маложелезистым пикроильменитом с 15% MgO и более. Химический состав такого пикроильменита закономерен, так как соответствует очень низкой фугитивности кислорода, характерной для области устойчивости алмаза в верхней мантии. Алмазоносным кимберлитам свойственны также высокохромистые (до 11% Cr2O3) пикроильмениты. Микрозондовое изучение химического состава 18 зерен ильменитов показало, что при высокой железистости количество TiO2 не превышает 48%, MgO-8, Cr2O3-2.5%.

Расчет поформульным коэффициентам выявил непостоянство состава ильменитов, содержащих от 47% до 65% ильменитового минала, от 17.9% до 30% гейкелитового и от 15% до 30% гематитового. Полученные данные не позволили пока выявить те разности ильменита, которые можно было бы определенно отнести к минералу-спутнику алмаза.

Таким образом, впервые для кимберлитов и кимберлитовых пород из восточной части Украинского щита получены достаточно представительные (более 100) рентгеноспектральные анализы основных минералов-спутников алмазов: гранатов, хромшпинелидов, ильменитов. Результатами анализов установлены высокая хромистость гранатов, повышенное содержание хрома и титана в хромшпинелидах, магния и титана в пикроильменитах. Отдельные пробы гранатов по соотношению Ca-Cr располагаются рядом с полем гранатов, ассоциирующихся с алмазами. Обнаружение кимберлитовых трубок в юго-восточной части Украинского щита несомненно свидетельствует об их присутствии и в остальных геоблоках этой структуры, неоднократно испытавшей тектоно-магматическую активизацию. Поиски алмазоносных кимберлитов на Восточно-Европейской плптформе (ВЕП), южной частью которой является Украинский щит, приобретают важное значение, особенно в связи с недавними их выявлением в Архангельской области, Карелии, Финляндии и других районах.

Для ВЕП выделяются семь магматических циклов платформенного развития фундамента и чехла- от раннепротерозойского (2100-1700 млн.лет) до позднефанерозойского (300-160 млн.лет). Среди них описаны проявления четырех разновозрастных кимберлитовых формаций. К наиболее ранней относится Карахтинский комплекс Летнего берега Белого моря (600-390 млн.лет). Более молодым является Умбинский комплекс Среднего Тимана (400-350 млн.лет). Наиболее интересны Зимнебережный комплекс Беломорья, Приазовские кимберлиты и Кухотско-Волынский комплекс Припятского вала, образовавшиеся в среднем палеозое (380-270 млн.лет). Последними по времени проявления предполагаются позднегерцинская и древнекиммерийская кимберлитовые формации европейского северо-востока России, а также лампроитовая формация на юге Донбасса и Приазовья. Их изучение с целью выявления новых кимберлитовых тел и оценки потенциальной алмазоносности- актуальная задача геологов России и Украины.

Список литературы

1. Бутурлин Н.В., Кисель С.И.// Развитие девонского вулканизма в зоне сочленения Донбасса с Приазовским кристаллическим массивом// Докл. УССР, 1985.

2. Кимберлитовые породы Приазовья// Наука, 1978.

3. Князьков А.П., Кривонос В.П., Панов Б.С.// Новые находки кимберлитов в Приазовье// Докл. АН Украины, 1992.

4. Минералогия Приазовья// Киев: Наук. думка, 1981.

5. Панов Б.С.// О некоторых особенностях кимберлитов Сибирской и Китайской Платформ// Минерал. сборник 1987, Вып.2.

6. Соболев Н.В., Харькив А.Д., Похиленко Н.В.// Кимберлиты, лампроиты и проблема состава верхней мантии// Новосибирск, 1978.

7. Соболев Н.В., Похиленко Н.П., Лаврентьев Ю.Г., Усова Л.В.// Роль хрома в гранатах из кимберлитов// Проблемы петрологии земной коры и верхней мантии// Новосибирск, 1978.

8. Харькив А.Д.// Минералогические основы поисков алмазных месторождений// М.: Недра, 1978.