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”
Форма кривой трубки «Мир» в общих чертах сходна с кривой трубки «Южная», а форма кривой по «Лигорке» существенно отличается от двух предыдущих.
Трубка «Южная» и трубка «Новоласпинская» практически идентичны. Соотношения см. выше.
Кухотская Воля
Легкие РЗЭ: Лигорка > Кухотская Воля < ”Мир”
Средние РЗЭ: Лигорка < Кухотская Воля <= ”Мир”
Тяжелые РЗЭ: Лигорка < Кухотская Воля >= ”Мир”
Форма кривой по «Кухотской Воле» аналогична кривым приазовcких трубок.
В результате изучения содержаний и распределения РЗЭ установлено, что хромпиропы из кимберлитов Приазовья и Волыни значительно обогащены РЗЭ по сравнению со средним содержанием их в хондритах.
Графики РЗЭ Приазовья во многом повторяют конфигурацию графика трубки “Мир”, что может свидетельствовать об общности процессов образования и становления кимберлитовых тел этих регионов. Это позволяет считать Приазовье потенциальной алмазоносной областью Украинского щита, и свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения данной территории.
Условия образования и алмазоносности кимберлитов Приазовья по новым данным
Палеогеотермальные условия образования кимберлитов определялись с помощью так называемых Ni-термометра и Сг-барометра.
Ni-термометр основан на том, что каждое зерно пиропа, содержащего более 1,5% Сr2О3 (т.е. глубинного Сr-пиропа), образовалось в одинаковых равновесных условиях с оливином мантийных ксенолитов. В этой паре сосуществующих минералов количество никеля отражает температуру мантийных пород и не зависит от состава основных компонентов пиропа и давления, что позволяет установить температуру образования каждого исследованного зерна пиропа с точностью до 50°С. Температуры образования хромпиропов из кимберлитовых трубок Приазовья по Ni-термометру соответствуют диапазону 1000 - 1100°С, при единичных значениях 800-900 и 1350- 1450°С.
Хромовая составляющая хромитов, сосуществующих с хромпиропом, увеличивается как функция давления, вне зависимости от температуры, однако Сr - составляющая пиропов зависит как от давления, так и температуры. Следовательно, в пиропах, сосуществующих с хромшпинелью при высокой температуре, мы найдем максимальную Сr - составляющую, которая будет зависеть от отношения давления к температуре, т.е. от геотермы. Изученные ксенокристаллы хромшпинели из кимберлитовых трубок Приазовья указывают на то, что барические условия их образования составляли 3,0-4,2 ГПа.
Установлены палеогеотермальные параметры минералообразующей среды региона. В Приазовье плотность глубинного теплового потока в период формирования кимберлитовых пород достигала 42-45 мВт/м2, при кондуктивной модели теплопереноса, характерной для литосферы.
Кимберлитовая магма является лишь транспортером ксеногенных кристаллов алмаза к поверхности, тогда как зарождаются они на значительных глубинах при специфических условиях. Следовательно, установление нижней границы литосферы (уровня взаимодействия магмы со стабильными породами) будет во многом определять наличие или отсутствие алмазов в кимберлитовых телах региона.
По типоморфным химическим признакам минералов граница между литосферой (толщей, состоящей из стабильного, относительно деплетированного материала) и астеносферой (конвективной и обогащенной широким набором элементов) установлена по температуре образования высокохромистых (01203 > 1,5%) пиропов с низкими содержаниями циркония, титана и, особенно, иттрия (менее 10 г/т). Применительно к пиропам из кимберлитов Приазовья этот «иттриевый край» располагается в районе температур 1000 - 1100°С, что указывает на мощность литосферы Приазовья порядка 140-150 км.
Для образования в мантийной литосфере алмаза необходимы определенные, строго лимитированные термобарические условия, которые будут выдерживаться в области «алмазного окна». «Алмазное окно» представляет собой температурный ряд (T°Ni) между пересечением региональной геотермы с линией алмаз - графитового равновесия и линий, соответствующей глубине основания литосферы.
Геотермы Приазовья, установленные по хромпиропу, пересекают разграничительную линию полей устойчивости графит - алмаз на уровне температур 1100-1150°С, однако фигуративные точки всех проанализированных зерен пиропа из трубок Южной и Новоласпинской лежат хоть и в непосредственной близости, однако вне поля стабильности алмаза, что соответствует полученным значениям давления (Р) менее 5,0 ГПа.
Немаловажными факторами, во многом определяющими наличие либо отсутствие алмазов в коренных источниках, являются наложенные процессы изменения и преобразования кимберлитов - метасоматоз, изменение окислительно-восстановительного режима и др.
Основная масса кимберлитов Приазовья сложена мелкими зернами пироксена и флогопита, сцементированными серпентиноподобным веществом. Мелкочешуйчатые агрегаты флогопита отмечаются также по периферии заключенных в кимберлит вкрапленников и ксенолитов глубинных пород. Это, а также значительное количество хром пиропов с высоким содержанием Zr (до 75 г/т), Ti (Ti02 до 0,29 мае. %), Са (СаО до 6,2 мас.%) и Y (15-20 г/т) свидетельствует о протекавших в литосферной мантии достаточно интенсивных низкотемпературных процессах инфильтрационного метасоматоза калиевого типа, сопровождавшихся образованием флогопита.
Одним из основных критериев, непосредственно влияющих на сохранность алмаза считается высокая степень окисления в мантии. В пикроильменитах из кимберлитов Приазовья отмечено постепенное возрастание роли железа до 30 % и более при увеличении количества ниобия от 500 до 3000 г/т. Это свидетельствует о повышении содержания гематитовой составляющей до 15 % и более, что намного превосходит аналогичные показатели в пикроильменитах из высокоалмазоносных кимберлитов мира.
ВЫВОДЫ
1. Изученные ксенокристаллы минералов-спутников алмаза из кимберлитов Приазовья во многом сходны как с кимберлитовыми, так и с лампроитовыми аналогами из алмазоносных тел различных регионов мира. Наряду с этим выявлены некоторые необычные аспекты их геохимии, являющиеся для них типоморфными и проявляющимися в определенном количественном и качественном распределении Ni, Cr, Zr, Nb, Y, TR и других элементов-примесей.
2. Верхняя мантия под Приазовским блоком УЩ сложена различными по составу и РТ-условиям образования породами, среди которых преобладают перидотиты, представлены, в основном, пироповыми, хромшпинель-пироповыми и хромшпинелевыми лерцолитами.
3. Геохимические особенности среды минералообразования, характеризуются повышенной окислительной обстановкой и возрастанием роли Cr2O3 при уменьшении содержания Mg0, которые обычно свидетельствуют о низкой потенциальной алмазоносности коренных кимберлитовых тел.
4. Сравнение кимберлитов Приазовья с алмазоносными кимберлитовыми породами Якутии, Южной Африки, Китая, Канады, Австралии и других стран выявили много сходного в их минералого-петрографических, петрохимических и геохимических особенностях, что, в сочетании со структурно-тектоническими и общегеологическими данными позволяет рассматривать Приазовский блок Украинского щита как потенциально алмазоносную область Восточно-Европейской кимберлитовой провинции. Дальнейшие углубленные исследования с помощью различных методов уже известных, а также поиски новых кимберлитовых тел в этом регионе не только целесообразно, но и необходимы.
Перечень ссылок:
1.В.Я. Терехов «Минералогия и геохимия редких и радиоактивных металлов», М. 1987г.
2.Доусон Дж. «Кимберлиты и ксенолиты в них», М. 1983г.
3.Griffin W.L., Trace element in indicator minerals: Area selection and target evaluation in diamond exploration // J. Geochem. Explorations. 1995. Vol 53. P. 311-33