Ишуткина А.А.
Магистерская
Электронная библиотека
Cсылки
Отчет по работе с поисковой системой
Назад
Донецкий Национальный Технический Университет
Ишуткина Анна Анатольевна
Геохимическая характеристика хромпиропов и перспективы алмазоностности некоторых частей Украинского щита
Специальность 7.070701 : Геологическая съемка, поиски и разведка
Автореферат магистрской выпускной работы
Руководитель работы: Б.С.Панов
Донецк 2002
e-mail: ishutkina@rambler.ru
Аннотация
Цель и основные задачи исследований.
Главная цель работы - изучение химического состава минерала-спутника алмаза (хромпиропа) из кимберлитов Приазовского блока Украинского щита и решение на этой основе вопросов, связанных с условиями образования и перспективами их алмазоносности. Основные задачи работы:
1. Установить геологическую позицию и петрохимические особенности кимберлитовых тел Приазовья.
2. Выяснить закономерности распределения элементов-примесей в хромпиропе из кимберлитов Приазовья.
3. На основе интерпретации новой информации о химическом составе хромпиропа определить палеогеотермальные условия его образования (Р-Т параметры, характер метасоматических процессов и д.р.) .
Научная новизна.
1. На представительном количестве анализов (более 500 проб), выполненных на электронном и, впервые, на протонном микрозондах, изученные закономерности распределения элементов-примесей в хромпиропах из кимберлитов Приазовья, что позволило выявить типохимические особенности их состава.
2. На основе оригинальных данных определены термобарические и другие условия образования хромпиропов и сделаны выводы о природе их глубинных материнских источников.
Личный вклад автора.
1. Обработка результатов анализов на ЭВМ, их минералогическая и геолого-геохимическая интерпретация.
2. Обобщение результатов и сопоставление полученных данных с аналогичной информацией по известным алмазоносным провинциям мира.
Степень использования полученных результатов: внедрены в учебный процесс.
Публикации: Алехин В.И., Панов Б.С., Ишуткина А.А. «Вернадский о геохимической истории марганца в осадочной толще» Сборник трудов международной научной конференции. Донецк: Донбасс: 2001г. стр. 294-297.
Содержание
Введение
1. Методика работ.
2. Краткая геологическая характеристика Приазовья и его кимберлитовых тел.
3. Геохимические особенности пиропов из кимберлитов Приазовья.
4. Редкоземельные элементы в хромпиропах из кимберлитов Приазовья.
5. Условия образования и алмазоносность кимберлитов Приазовья по новым данным.
Выводы
Перечень ссылок
Введение
Актуальность темы работы определяется необходимостью совершенствовать и повышать эффективность методов проведения геолого-поисковых и разведочных работ в Украине на один из важнейших коренных источников алмаза – кимберлит. Наличие или отсутствие алмазов в кимберлитах зависит от особенностей Р-Т условий и иных параметров минералообразующей среды. На основе учения о типоморфизме минералов-спутников алмазов, можно разрабатывать поисково-оценочные критерии. Пироп относится к типоморфным минералам кимберлитов и может служить индикатором глубинности образования кимберлитовой магмы и ее потенциальной алмазоносности. Выявление характера распределения в пиропе малых элементов и элементов примесей способствует решению ряда задач поискового и оценочного характера.
Применение современных высокоточных методов анализа позволило установить химический состав хромпиропов (и других индикаторных минералов кимберлита) в зависимости от их положения в земной коре, геохимических особенностей района, воздействия изменяющих процессов и др. Под влиянием всех этих факторов минералы обогащались или обеднялись различными элементами-примесями, соотношение которых друг с другом и с главными компонентами состава являются важной генетической и прикладной (в частности поисково-оценочной) информацией.
Методика работ.
В настоящей работе используются результаты анализов главных оксидных элементов и полученных впервые для Украины оригинальных протонномикрозондовых анализов элементов-примесей в пиропах из кимберлитов Приазовья.
Разработанные группой доктора В.Л. Гриффина в Объединенной Организации научных и инженерных исследований (CSIRO) новые способы позволяют быстро и экономически эффективно оценивать алмазоноснооть регионов. Они обеспечивают достоверное выявление перспективных объектов на основании изучения элементов-примесей в индикаторных минералах кимберлитов (пиропах, хромитах, пикроильменитах).
Уникальный протонный микроанализатор, созданный в CSIRO позволяет получать принципиально новую геологическую информацию, которая обеспечивает достоверность оценки кимберлитов и лампроитов в отношении алмазоносности. Необходимые для этого данные дает распределение примесных элементов в отдельных зернах минералов, отобранных из коренных пород и осадочных образований, в том числе почв и наносов.
Содержание никеля в хромовом пиропе является надежным показателем температуры и глубины его образования в восходящем потоке внедрившейся кимберлитовой или лампроитовой магмы. Применение никелево-термометрического метода на ранней стадии исследований позволяет определять перспективные объекты. Группа доктора Гриффина выявила, что определенные взаимоотношения между главными элементами и элементами-примесями в хромитах дают намного больше информации, чем только лишь обычно учитываемые главные элементы.
Исследования в (CSIRO), основанные на статистическом анализе большого, количества проб (банка данных), показывают, что по диаграммам распределения главных и примесных элементов можно различать хромиты из алмазоносных и неалмазоносных пород. Распределение элементов-примесей в пикроильменитах позволяют четко определять кимберлитовые и некимберлитовые их источники, как и щелочные базальты. Весьма существенно, что характер распределения элементов-примесей в ильменитовых концентратах из индивидуальных проб кимберлитов может служить в качестве "отпечатков пальцев" для отличия одних кимберлитов от других. Это может использоваться для перспективно-прогнозной оценки на основании выявления источников и условий образования изученных образцов. Новые разработки-группы (CSIRO) позволяют существенно экономить время и деньги при решении вопросов изучения алмазоносности. Протонный анализатор HJAF характеризуется высокой разрешающей способностью определения элементов-примесей, а имеющийся банк данных дает широкие возможности для существующей информации.
Формирование изученных выборок минералов-спутников алмаза производилось путем отборки их под бинокуляром из протолочек кимберлитов Приазовья. Подготовка проб для анализов заключалась в монтировке округлых эпоксидных шашек диаметром около 20 мм с включениями зерен минералов и пришлифовке их поверхности до получения качественного искусственного аншлифа. Всего было смонтировано семь таких препаратов, в каждом из которых содержалось от 129 до 32 зерен минералов.
Всего было выполнено 522 анализа по выборкам хромпиропа, хромшпинелидов, пикроильменита и хромдиопсида из кимберлитов Приазовья, в которых установлены содержания как главных оксидных компонентов (от 10 до 13), так и элементов - примесей (от 9 до 21).
Для данной работы использовались данные только по хромпиропам.
Краткая геологическая характеристика Приазовья и его кимберлитовых тел
Приазовье - часть Украинского щита, перспективная в отношении открытия месторождений алмазов. Многочисленные находки мелких зерен алмазов нескольких генетических типов отмечены в различных регионах Украины (Волынь, Среднее Приднепровье, Северное Причерноморье, Донбасс, Побужье и др.). Однако, только в Восточном Приазовье геологами Приазовской ГРЭ открыты первые в Украине кимберлитовые трубки и сопровождающие их дайки, распологающиеся в зоне сочленения складчатых структур Донбасса с Приазовским кристаллическим массивом и контролирующиеся субъширотным Южно-Донбасским глубинным разломом протерозойского заложения. Корни этой трансрегиональной структуры типа краевого шва уходят в мантию, что фиксируется подъемом поверхности Мохо на 10 - 15 км по сравнению с центральной частью Донбасса, и подчеркивается проявлением щелочно-ультраосновного и щелочно-базальтоидного магматизма. Геологическая позиция зоны сочленения Донбасса с Приазовьем характеризуется тем, что на докембрийскам кристаллическом субстрате несогласно залегают средне-верхнедевонские осадочно-вулканогенные образования, перекрытые нижнекаменноугольными осадочными породами. Наиболее мощно магматизм здесь проявился в позднем девоне, в связи с глобальными процессами формирования Днепровско-Донецкой палеорифтогенной структуры - линеамента Карпинского. Нарушенность земной коры по всей ее мощности благоприятствовала внедрению и локализации кимберлитовых трубок Надежда, Южная, Новоласпинская и сопровождающих их даек, прорывающих протерозойские гранитоиды различного состава.
Кимберлитовая трубка Надежда имеет овальную в плане форму размером 60х30 м (площадью около 1600 м ) и перекрыта суглинками, мощностью от 0,5 м в центре трубки, до 8 м на ее периферии. Контакт с вмещающими породами крутой (60 - 80°), падение юго-западное. Трубка разбурена до глубины 140 м.
Кимберлитовое тело сложено ксенотуфобрекчиями, брекчиями кимберлитов и массивными порфировыми кимберлитами. Кимберлиты тяготеют к центральной части трубки и содержат большое количество ксенолитов, занимающих до 30 % объема породы. Ксенолиты представлены, в основном, фрагментами пород кристаллического фундамента - крупнозернистых субщелочных амфибол-биотитовых гранитов, граносиенитов. Встречены также единичные обломки известняков николаевской свиты среднего девона. Связующая масса представлена тонкочешуйчатым агрегатом карбонат - хлоритового состава.
В 2 км на юго-восток от трубки Надежда выявлено более крупное (300х150 м, площадь 2,2 га) кимберлитовое тело сложной амебообразной формы - трубка Южная. Она перекрыта четвертичными суглинками мощностью 8-11 м. и прослежена скважинами до глубины около 320 м. Углы падения в северной части тела 45 - 60°, южной - до 90° к горизонту, общее падение - юго-юго-западное. Диатрема сложена эруптивными брекчиями автолитовых кимберлитов и подчиненными им массивными кимберлитами темно-зеленого и голубовато-серого цвета. Эруптивные брекчии на 60 - 70 % состоят из собственно кимберлитового материала и на 30-40% из обломков гранитоидов и известняков, песчаников и сланцев николаевской свиты среднего девона и диабазов додевонского возраста. Кимберлиты массивной текстуры имеют хорошо выраженную порфировую структуру. Содержание ксеногенного материала в них низкое. Основная масса кимберлитов сложена мелкими зернами моноклинного пироксена и флогопита, сцементированными серпентиноподобным веществом. В основной массе встречаются перовскит, ильменит, апатит. Вкрапленники составляют 40-50% объема породы и представлены псевдоморфозами серпентина по оливину. На восточном фланге трубки Южная была обнаружена и прослежена на 2 км к востоку дайка кимберлитов. Состав ее аналогичен диатремовому кимберлиту.
В нескольких километрах к юго-западу от трубки Южной бурением выявлены еще два тела - трубка и дайка Новоласпинские. Трубообразное кимберлитовое тело имеет в плане форму овала, длинная ось которого ориентирована в северо-восточном направлении. Размеры тела в плане 40 х 100 метров (около 0,3 га). Углы падения стенок трубки и вмещающих гранитоидов крутые (до вертикальных). Трубка разбурена на глубину 90 м, причем скважина не вышла за ее пределы. Кимберлиты перекрыты четвертичными суглинками мощностью 13 — 14 метров. Структурно-тектоническая и геологическая позиция трубки и дайки Новоласпинских, кимберлиты и кимберлитовые брекчии слагающие их по составу близки кимберлитам трубки Южной.
Трубку Новоласпинскую сопровождает кимберлитовая дайка, строение которой осложнено несколькими разрывными нарушениями. Она прослежена по простиранию на 300 м к западу, юго-западу и на глубину до 75 м. Углы падения 75 - 80° на юго-юго-восток. Мощность тела колеблется от 5 до 10, а в раздувах до 15м
Химический состав Приазовских кимберлитов, в частности содержания МgО, К2О, Nа2О, SiO2 и других компонентов, свидетельствует о том, что они располагаются в границах поля типичных кимберлитов, аналогичных продуктивным кимберлитам Якутии, Китая, Канады.
Разностороннему изучению кимберлитов Приазовья посвящены работы многих исследователей из ряда научных, производственных и учебных организаций Украины, России и др. стран. Литолого-стратиграфические факторы контроля локализации кимберлитопроявлений, минералого-геохимическая и петрографо-петрохимическая характеристики кимберлитов Приазовья и их минералов-спутников и ряд других проблем рассмотрены в трудах В.Н.Квасницы, С.С. Мацюка, Б.С. Панова, Н.В. Бутурлинова (ДонГТУ), С.Н. Стрекозова (Южукргеология) и многих других. Однако определение концентраций и характера распределения ряда элементов-примесей (TR и др.) в индикаторных минералах кимберлитов Приазовья произведено впервые. Получена принципиально новая информация, необходимая для решения конкретных теоретических и прикладных вопросов, связанных с условиями образования и перспективами алмазоносности известных в регионе кимберлитовых тел.
Геохимические особенности пиропа из кимберлитов Приазовья
Гранат относится к наиболее распространенным минералам кимберлитов, а хромовый, винно-красно-пурпурный пироп рассматривается в качестве одного из основных минералов, используемых при поисках кимберлитов.[2]
В кимберлитах Приазовья пироп встречается постоянно, количественно уступая лишь пикроильмениту. Представлен он, как правило, овальными, часто трещиноватыми зернами и их обломками с шероховатой поверхностью.
Подавляющее большинство исследованных зерен пиропов по своим химическим характеристикам (5,7 - 6,2 % СаО; 5,5 - 6,5 % Сr2Оз) относится к пиропам лерцолитового парагенезиса. Лишь единичные зерна имеют сходство с пиропами из гарцбургитовых и верлитовых перидотитов.
Основной акцент при изучении химического состава хромпиропов из кимберлитов Приазовья делался на определение содержания главных оксидов и РЗЭ.
Таблица 1. Содержание главных оксидов в пиропах из кимберлитов Приазовья
Трубка Южная
Компонент |
SiO2 |
TiO2 |
Al2O3 |
Cr203 |
FeO |
MnO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
NiO |
Сумма |
Среднее по 2 пробам |
41,11 |
0,27 |
18,56 |
6,22 |
6,46 |
0,21 |
20,24 |
6,20 |
0,03 |
0,00 |
0,00 |
99,32 |
Пределы, от-до |
41,05-41,17 |
0,13-0,42 |
18,22-18,91 |
5,94-6,50 |
6,09-6,84 |
0,19-0,23 |
20,06-20,42 |
6,19-6,22 |
0,00-0,06 |
0,00-0,00 |
0,00-0,01 |
99,22-99,42 |
Трубка Новоласпинская
Компонент |
SiO2 |
TiO2 |
Al2O3 |
Cr203 |
FeO |
MnO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
NiO |
Сумма |
Среднее по 129 пробам |
41,64 |
0,29 |
18,41 |
6,52 |
6,53 |
0,24 |
20,04 |
6,20 |
0,03 |
0,00 |
0,02 |
99,99 |
Пределы, от-до |
41,14-42,32 |
0,03-0,54 |
17,07-20,30 |
4,12-8,30 |
5,49-7,87 |
0,12-0,53 |
18,34-22,36 |
4,30-7,26 |
0,00-0,07 |
0,00-0,03 |
0,00-0,12 |
98,92-100,6 |
Дайка Новоласпинская
Компонент |
SiO2 |
TiO2 |
Al2O3 |
Cr203 |
FeO |
MnO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
NiO |
Сумма |
Среднее по 66 пробам |
41,70 |
0,26 |
19,14 |
6,52 |
6,53 |
0,22 |
20,53 |
5,85 |
0,03 |
0,00 |
0,01 |
99,92 |
Пределы, от-до |
40,85-42,71 |
0,03-0,56 |
17,72-22,04 |
2,25-7,36 |
5,61-7,68 |
0,08-0,41 |
19,07-22,22 |
2,01-4,62 |
0,00-0,08 |
0,00-0,02 |
0,00-0,07 |
95,56-100,55 |
Изученные образцы по содержанию главных оксидов могут быть отнесены к группе хромовых пиропов (группа 9), несколко отличаясь от них повышенным содержанием TiO2(0,27 – 0,29% и 0,17% соответственно), Сr2O3(6,52 – 5,62% и 3,47%), СaO(6,20 – 5,85% и 5,75%) и пониженным количеством FeO (6,52 – 6,53% и 8,01%). Содержание MgO в этих пиропах практически совпадает с классификационным – 20,53 – 19,63% и 20,01% соответсвенно. Источником хромовых пиропов могут быть различные мантийные породы – лерцолиты, гарцбургиты и др. Изученный пироп по своим химическим характеристикам (5,8 – 6,2% СaO ; 5,5 – 6,5% Cr2O3) в большинстве своём соответсвует пиропам лерцолитового типа. Лишь единичные зёрна имеют сходство с пиропами гарцбургитового и верлитового парагенезисов.[2]
Редкоземельные элементы в хромпиропах из кимберлитовов Приазовья.
Редкие земли – это лантаноиды (TR) и иттрий (Y). Важнейшей особенностью иттрия, лантана и 15 лантаноидов, расположенных в общей подгруппе ІІІ группы периодической системы Д.И.Менделеева, является их необычайное химическое сходство, предопределившее их совместное нахождение в природе и большую трудность химического и геохимического разделения. Все эти элементы от лантана до лютеция в нормальных природных условиях электроположительны и трехвалентны. Их сходство столь велико, что химики в свое время поместили почти всех в одну клетку периодической системы, принадлежащую лантану, и перечислили внизу таблицы под названием «лантаноиды». А иттрий, с которого началась история этих элементов, получил особое место над лантаном, как будто бы он имеет к ним меньшее отношение.[1]
Д.А.Минеев выделил три геохимические подгруппы:
· Лантановую (La - Nd)
· Иттриевую (Sm - Ho)
· Скандиевую (Er - Lu)
Большинство зерен пиропа из кимберлита по сравнению с гранатами из других ультраосновных пород, а также со средним хондритом значительно обогащены редкоземельными элементами. В хромпиропах трубки Южной установлены следующие их содержания (в г/т):
легкие редкие земли (лантановая группа):
Lа - от 0,06 до 2,11
Се - от 0,21 до 2,29
средние редкие земли (иттриевая группа)
Sm - от 0,58 до 2,74
Еu - от 0,25 до 1,20;
Gd - от 0,50 до 4,29
Dy - от 0,45 до 4,75
тяжелые редкие земли (скандиевая группа)
Еr- от 0,25 до 3,46
Yb - от 0,34 до 4,07
Количество РЗЭ в пиропах трубки Новоласпинской составляет:
легкие редкие земли
Lа - от 0,13 до 1,50 г/т;
Се - от 0,17 до 1,64 г/т;
средние редкие земли
Sm - от 0,74 до 2,95 г/т;
Еu - от 0,35 до 1,49 г/т;
Gd - от 0,92 до 5,15 г/т;
Dy - от 0,92 до 6,51 г/т;
тяжелые редкие земли
Еr - от 0,60 до 3,67 г/т;
Yb - от 0,54 до 3, 63 г/т.
Большинство зерен пиропа из кимберлитов, по сравнению с гранатами из других ультраосновных пород, а также по сравнению со средним хондритом, значительно обогащено редкоземельными элементами (РЗЭ) [3]
В хромпиропах из трубок Южной (41 определение) и Новоласпинской (39 определений), установлены следующие их содержания (табл 2).
Таблица 2
Элемент |
В хондрите_________ |
В трубке Южной_____________________________ |
В трубке Новоласпинской____________________ |
________ |
Среднее для 20 проб_ |
Среднее для 41 пробы |
Минимальное |
Максимальное |
Среднее для 39 проб |
Минимальное |
Максимальное |
La |
0,3 |
0,25 |
0,06 |
2,11 |
0,36 |
0,13 |
1,50 |
Ce |
0,84 |
0,54 |
0,21 |
2,29 |
0,49 |
0,17 |
1,64 |
Nd |
0,58 |
2,01 |
0,63 |
3,94 |
3,06 |
1,04 |
22,69 |
Sm |
0,21 |
1,63 |
0,58 |
2,74 |
1,69 |
0,74 |
2,95 |
Eu |
0,074 |
0,68 |
0,25 |
1,20 |
0,71 |
0,35 |
1,49 |
Gd |
0,32 |
2,56 |
0,50 |
4,29 |
2,62 |
0,92 |
6,51 |
Dy |
0,31 |
2,64 |
0,45 |
4,75 |
3,15 |
0,92 |
6,51 |
Но |
0,073 |
0,57 |
0,11 |
1,02 |
0,63 |
0,16 |
1,24 |
Er |
0,21 |
1,54 |
0,25 |
3,46 |
1,80 |
0,60 |
3,67 |
Y |
0,17 |
1,56 |
0,34 |
4,07 |
1,80 |
0,54 |
3,63 |
Yb |
1,8 |
14,30 |
2,30 |
26,40 |
15,32 |
1,97 |
33,11 |
Содержание, г/т, элементов-примесей в хондрите и пиропе из кимберлитов Приазовья
К типоморфным химическим особенностям изученного набора ксеногенных зерен пиропа из кимберлитовых трубок Приазовья можно отнести:
- широкую вариацию содержаний циркония (от 6 до 189 г/т), при среднем его содержании в трубках Приазовья от 66,5 до 85,4 г/т. Эти показатели существенно превышают аналогичные данные по большинству описанных в литературе пиропов из алмазоносных кимберлитов мира;
- высокие цирконий - иттриевые отношения (7,5), что значительно больше, чем это установлено для кимберлитовых тел с промышленным уровнем алмазоносности;
- малую концентрацию стронция (среднее по трубкам от 0,72 до 2,7 г/т), что в 3 - 6 раз меньше, чем в гранатах из алмазоносных кимберлитов Якутии и Канады;
- существенное обогащение тяжелыми и средними редкоземельными элементами (от 3 до 20), при пониженном количестве легких редких земель (от 0,3 до 5), тогда как в большинстве пиропов из алмазоносных трубок мира наблюдается обратная зависимость;
(по Дж. Доусону)[2].
На графиках распределения, нормализованных по стандартному хондриту, пиропы приазовских кимберлитов характеризуются высокими и достаточно постоянными содержаниями:
· тяжелых РЗЭ (от 4 до 20)
· средних РЗЭ (от 3 до 15)
· при пониженном содержании легких (от 0,3 до 5).
Эта же закономерность выражается отношением Sc / Y превышающим 30 (обогащение тяжелыми РЗЭ ), и отношением - Nd / Y составляющим менее 0,6 (обеднение легкими).
Таблица 3
Элементы |
Среднее содержание в пиропах кухотской Волыни |
Среднее содержание в пиропах трубки "Мир" (Якутия) |
Среднее содержание в пиропах трубки "Лигорка" (Чехия) |
La |
0,04 |
2,47 |
5,25 |
Ce |
0,42 |
2,77 |
10,8 |
Nd |
0,65 |
1,85 |
1,1 |
Sm |
0,68 |
1,85 |
0,15 |
Eu |
0,35 |
1,55 |
0,3 |
Gd |
1,67 |
1,55 |
0,3 |
Dy |
3,07 |
14,28 |
6,47 |
Но |
0,75 |
0,29 |
--- |
Er |
2,32 |
1,25 |
0,3 |
Y |
20,14 |
14,28 |
6,47 |
Yb |
2,58 |
9,32 |
0,27 |
Содержание, г/т, элементов-примесей в пиропах различных регионов мира
На графиках распределения, нормализованных по стандартному хондриту, пиропы кимберлитов месторождения Кухотская Воля УЩ характеризуются следующими содержаниями:
· Тяжелых (от 2 до 4)
· Средних (от 0.4 до 4)
· Легких (от0.04 до 0.5)
На графиках распределения пиропы кимберлитов алмазоносного месторождения «Мир» характеризуются следующими содержаниями:
· Тяжелых (от 1.2 до 9.3)
· Средних (от 1.8 до 14)
· Легких (от2.4 до 2.7)
На графиках распределения пиропы кимберлитов не алмазоносного месторождения «Лингорка» ЧССР характеризуются следующими содержаниями:
· Тяжелых (от 0.2 до 0.3)
· Средних (от 0.15 до 6.4)
· Легких (от 5.2 до 10.8)
Сравнивая графики мы видим:
трубка Южная:
Легкие РЗЭ: Лигорка > тр.Южная < ”Мир”
Средние РЗЭ: Лигорка < тр.Южная <= ”Мир”
Тяжелые РЗЭ: Лигорка < тр.Южная <= ”Мир”