Ишуткина А.А.    Магистерская    Электронная библиотека    Cсылки    Отчет по работе с поисковой системой    Назад   

Прикладное значение изучения состава хромпиропов из кимберлитов украинского щита

 

Ишуткина А.А., Панов Ю.Б., Мигович О.П.

 

Донецкий национальный технический университет

Кафедра «Полезных ископаемых и экологической геологии»

geolog@pop.dgtu.donetsk.ua

 

ANOTATION

Ishutkina A. A.,  Panov Yu. B.,  Migovich O.P

Applied value of studying of structure pyropes from kimberlite the Ukrainian board

This article represents a detailed study based on results of original protone-microprobe analyses of trace elements in pyropes, from kimberlite pipes of the Ukraine. The research has recognised the regional palaegeothermal conditions of the deep luhosphere.

The P-T conditions, determined for the stage of kimberlite bodies forming, were 3.0-4.2 Gpa and 1000-1100°C, respectively. This is an ultimate evidence of the presence of a "diamond window" within the litosphere beneath the study area. The palaeheat flow values were in range of 40-45 mW/m2 (in terms of the conductive heat transfer model).

Also, the metasomatic alteration of indicator minerals has been recorded and studied. The mentioned above approaches and results have led to estimate prospectives for diamond exploration of Ukraine kimberlites.

The study of typomorphic feature of chemical composition of xenocrysts of indicator minerals from Priazovian kimberlites and their comparison with case studies of diamondiferrous kimberlite and lamproite deposits and manifestations worldwide suggest to evaluate the Priazovian block of the Ukrainian Shield as a potentially prospective area within the Eastern-European Kimberlite province.

Key words: indicator minerals, trace elements, chemical composition, palaegeothermal conditions, Priazovian kimberlities.

 

В последнее время проблема поиска и оценки коренных источников алмаза на Украине, и в частности на Украинском щите, весьма актуальна. 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.

Одним из наиболее современных и важных методов подобной оценки является метод, при котором используются особенности распределения редкоземельных элементов в индикаторных минералах алмаза. Данный метод, разработанный австралийским ученым Биллом Гриффином, позволяет, используя характер распределения РЗЭ в минералах-спутниках алмаза не только определять условия минералообразования, но и с высокой точностью решать вопрос алмазоносности отдельно взятого кимберлитового тела.

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.[1]

Настоящая работа посвящена рассмотрению уникальных возможностей которые открывает нам изучение химического состава хромпиропа, как одного из важных минералов-спутников алмаза. Следует отметить, что на сегодняшний день вопрос распределения РЗЭ в хромпиропе и хромдиопсиде на Украине практически не изучен. Поэтому результаты анализов, использованных в работе, являются первыми сведениями о редких землях в хромпиропе из кимберлитов Украинского щита. Проанализированы были хромпиропы из кимберлитов трубок Южная и Новоласпинская в Восточном Приазовье, а также из кимберлитовых брекчий Кухотской Воли (Волынь).

Анализы были выполнены на электронно-лазерных (Cameca SX-50, LAM-ICPMS) и протонном (HIAF) микрозондах в лабораториях Главного национального центра геохимической эволюции и металлогении континентов (GEMOC) при университете Макуари и Объединенного научного центра (CSIRO) в г.Сиднее, Австралия.

Редкие земли являются чутким индикатором среды минералообразования, их исследование позволяет судить об общих генетических проблемах кимберлитов и их алмазоносности [7]. Данные о составе и содержании редких земель в хромпиропе кимберлитов указанных участков ЮВ и СЗ блоков УЩ представлены в табл.1. Здесь же для сравнения приведены подобные данные по алмазоносной трубке Мир (Якутия) и неалмазоносному Чешскому массиву Лингорка.

При магматических процессах РЗЭ и иттрий накапливаются в кислых и особенно щелочных породах, а также в гранитных пегматитах, карбонатитах. Большинство зерен пиропа из кимберлитов по сравнению с гранатами из других ультраосновных пород, а также по сравнению со средним хондритом обогащено редкоземельными элементами [5]. Д.А. Минеев выделил три геохимические подгруппы РЗЭ: лантановую (La-Nd), иттриевую (Sm-Ho) и скандиевую (Er-Lu). Исходя из этого, пиропы Приазовских кимберлитов и брекчий Кухотской Воли характеризуются высокими и достаточно постоянными содержаниями скандиевых (от 0.2 до 3.5 г/т и от 0.8 до 1.9 г/т) и иттриевых (от 0.2 до 6.5 г/т и от 0.3 до 3.3 г/т) РЗЭ.

Исходя из данных табл.1 следует, что пиропы Приазовья и Кухотской Воли по содержанию РЗЭ гораздо ближе к пиропам из алмазоносной трубки Мир, чем к безалмазоносному Чешскому массиву Лингорка. Например содержание Но в Приазовских пиропах 0.6 г/т, Волынских – 0.4 г/т, трубки Мир – 0.3 г/т, а для Лингорки 0.073 г/т, т.е. отличается на порядок. Такая же ситуация и с Er и Yb. В некоторых случаях, например содержания La и Ce в пиропах Приазовья на целый порядок превышают аналогичные показатели для трубки Мир Установление глубины основания литосферы (нижнего предела взаимодействия с магмой) будет во многом определять наличие или отсутствие алмазов в кимберлитовых телах региона. Области с тонкой литосферой и высокими значениями теплового потока неалмазоносны, так как минералы, образованные в таких геотермальных условиях,будут принадлежать полю стабильности графита, а не алмаза и глубинная магма при внедрении не встретит алмазов, чтобы вынести их к поверхности. Примерами объектов, сформированных в подобных условиях, могутбыть: диатремы плато Колорадо (США) -мощность литосферы 100 км, геотерма изменяется от 40 до более чем 45 мВт/м2; кимберлиты области Тейлинг (КНР) - литосфера менее 100 км, геотерма более 45 - 50 мВт/м2; трубка Зеро (ЮАР) - при мощности литосферы в 170 км геотерма ее круто изменяется на небольших глубинах (до 50 мВт/м2 и более) и все зерна пиропа образованы в поле стабильности графита [2].

 Если говорить о влиянии РЗЭ на условия образования минералов, то по содержанию иттрия и ряда других редких земель можно определять глубину образования пиропа на глубинах. Мощность литосферы нашего региона также определена по температуре образования пиропов (с содержанием Y менее 10г/т). Она составляет 1000-1100С и что соответствует 140-150км. Палеогеотермальные условия образования типоморфных минералов (пироп,хромшпинелид,пикроильменит и др.) 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.[3] Температуры образования хромпиропов из кимберлитовых трубок Приазовья по Ni-термометру соответствуют диапазону 1000 - 1100°С, при единичных значениях 800-900 и 1350- 1450°С .

Сопоставление полученых данных с таковыми из других регионов мира демонстрируют значительное их сходство с температурами образования пиропов из продуктивных кимберлитов трубки Финч (ЮАР) – 950-1250°С, трубки Удачной (Якутия) – пик 1050°С, провинции Леонин (КНР) – около 1200°С. Следовательно температурные условия глубинных частей литосферы и верхней мантии под Приазовским блоком Украинского щита благоприятствовали образованию «алмазного окна», которое  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.

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.[3] Изученные ксенокристаллы хромшпинели из кимберлитовых трубок Приазовья указывают на то, что барические условия их образования составляли 3,0-4,2 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.[4] Между ксенокристаллами высокотемпературных минералов и поздними флюидами кимберлитов происходят различные физико-химические взаимодействия, влияющие на сохранность алмаза. Следовательно, необходимо не только    чтобы кимберлитовая магма при своем движении в верхние части литосферы захватила куски алмазоносной мантии, но и чтобы алмазы в процессе перемещения к поверхности и последующего нахождения в кимберлитовой (лампроитовой) породе не испытывали негативного влияния окружающей среды.

Распределение примесных элементов в типоморфных минералах кимберлитов может быть использовано для характеристики и анализа поцессов метасоматических изменений литосферной мантии.

Высокотемпературные метасоматические процессы (более 1100°С) сопровождающиеся частичным плавлением ксенолитов ранее образовавшихся деплетированных пород, приводят к обогащению их Fe, Zr, Ti, Y, Ga и TR и строго положительным корреляционным связям между этими элементами [7]. Пиропы из перидотитовых ксенолитов, подвергшиеся воздействию высокотемпературного метасоматоза, обладают ярко выраженной зональностью химического состава между ядром и краями кристаллов, возникающей вследствие диффузионных процессов на периферии ранее существовавшего зерна, либо вследствие образования оболочки из нового материала.

Все это свидетельствует о протекавших в литосферной мантии     достаточно интенсивных, низкотемпературных  процессах инфильтрационного метасоматоза флогопитового типа. Признаков высокотемпературного метасоматоза, приводящего к плавлению исходных образешйнй   и    значительному   обогащению    их    комплексом некогерентных элементов, не отмечено.

В изученных пиропах из кимберлитов Приазовского и Кухотского блоков УЩ признаков высокотемпературного метасоматоза, приводящего к плавлению исходных пород и значительному обогащению их комплексом некогерентных элементов, не отмечено [5].

Общее количество лантаноидов в Приазовских хромпиропах составляет 30 г/т, что практически совпадает с их содержанием в кимберлите трубки Мир (35 г/т). Отношение La/Yb в указанных хромпиропах тоже имеют близкие значения (0.20 и 0.26 соответственно), значительно, на два порядка (19.09) отличаясь от этого отношения в хромпиропе трубки Лингорка.

Делая вывод, можно сказать, применение современных высокоточных методов  определения химического состава  индикаторных минералов кимберлитов  позваляет установить палеогидротермальные условия их образования, геохимические особенности районов исследования, воздействия постгенетических метосамотических процессов и др. Под влиянием всех этих факторов минералы обогащаются или обедняются различными элементами-примесями, соотношение которых друг с другом и с главными компонентами состава являются важной генетической и прикладной (в частности поисково-оценочной) информацией. Концентрация и распределение РЗЭ в хромпиропах Приазовья и Кухоткой Воли подобны распределению РЗЭ в хромпиропах из трубки Мир (Якутия) и кардинально отличается от аналогичных данных по неалмазоносному Чешскому массиву Лингорка.

На основании изученного распределения РЗЭ в гранатах Приазовья и Кухотской Воли можно сделать вывод о том, что СЗ и ЮВ части Украинского щита являются перспективными на выявление алмазоносных кимберлитовых тел.

ЛИТЕРАТУРА:
Минералы-индикаторы кимберлитовых пород Украины // Тезисы докл. Международной научно-практической конференции ”Прогнозирование и поиски коренных алмазных месторождений”.-Симферополь.-1999.
Доусон Дж. «Кимберлиты и ксенолиты в них», М. 1983г.
Griffin W.L., Trace element in indicator minerals: Area selection and target evaluation in diamond exploration // J. Geochem. Explorations
О генетических особенностях кимберлитов Приазовья // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины.-Днепропетровск,1999.-т.2.-№6.
Панов Ю.Б. Типохимизм минералов-спутников алмаза из кимберлитов Приазовья // Автореферат канд. дисс.; Киев 2001г.
Панов Б.С., Гриффин Б.Л., Панов Ю.Б., Тарасюк О.Н. Новые данные о пиропе и пикроильмените из кимберлитов приазовья // Труды международной научно-практической конференции; Симферополь 1999г.
Ryan C.G. Trace elements in indicator minerals: area selection and target evaluation in diamond exploration // Journal of Geochemical exploration. Australia, 1995.

Таблица1 Содержание редких земель в хромпиропе из кимберлитов Украинского щита и других регионов мира, г/т.

 

 

 

Элемент

Содержание редких земель
 

 

Трубка Южная
 

 

Трубка Новоласпинская
 

 

Кухотская Воля (Волынь)
 

Тр.Мир

(Якутия)
Лингорка (Чешский массив
 

Хон-дрит
Сред. Для 41 пробы
 

Миним
Макси

Мальн.
Сред. для 39 проб
 

Миним
Макси

мальн.
Сред. для 10 проб
 

Миним
Макси

мальн
Сред-

нее  [ ]
Сред-

нее[ ]
Средн.

по 20

пробам
La
0.25
0.06
2.11
0.36
0.13
1.50
0.156
0.06
0.36
2.478
5.35
0.3
Ce
0.54
0.21
2.29
0.49
0.17
1.64
0.46
0.9
1.28
2.775
10.825
0.84
Nd
2.01
0.63
3.94
3.06
1.04
22.69
1.423
0.95
2.61
1.85
1.1
0.58
Sm
1.63
0.58
2.74
1.69
0.74
2.95
1.148
0.88
1.64
1.85
0.15
0.21
Eu
0.68
0.25
1.20
0.71
0.35
1.49
0.54
0.28
0.82
1.554
0.3
0.074
Gd
2.56
0.50
4.29
2.62
0.92
5.15
2.03
1.21
2.62
0.32
Dy
2.64
0.45
4.75
3.15
0.92
6.51
1.98
1.4
3.32
14.282
6.475
0.31
Y
14.30
2.30
26.40
15.32
1.97
33.11
10.63
7.61
12.69
1.8
Ho
0.57
0.11
1.02
0.63
0.16
1.24
0.397
0.27
0.65
0.296
-
0.073
Er
1.54
0.25
3.46
1.80
0.60
3.67
1.13
0.83
1.84
1.258
0.3
0.21
Yb
1.56
0.34
4.07
1.80
0.54
3.63
1.38
1.01
2.42
9.324
0.275
0.17
Всего

РЗЭ
28.28
4.68
56.27
31.63
7.54
83.58
21.281
15.4
30.25
35.667
24.675
4.887
La/Yb
0.16
0.176
0.518
0.2
0.24
0.413
0.113
0.059
0.148
0.265
19.09
1.764

РЕЦЕНЗИЯ

Научная работа Ишуткиной Анны Анатольевны посвящена проблеме изучения особенностей химического состава минералов-спутников алмаза, особенно концентрации и распределению в них редкоземельных элементов. 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. Ей выполнен сравнительный анализ СЗ и ЮВ частей Украинского щита, и другими регионов мира, в том числе трубкой Мир (Якутия) и Чешским массивом Лингорка. Ишуткина А.А. участвовала в отборе проб и обобщении полученного материала. На основании полученных данных сделана попытка оценить перспективы алмазоностности кимберлитовых тел Приазовского и Кухотского блоков Украинского щита.
Использование в научных и практических целях характера распределения в минералах-спутниках алмаза РЗЭ очень актуально, так как эти исследования отличаются высокой точностью и позволяют получать уникальную информацию об их условиях образования. Это несомненно новая ступень в области исследования и оценки коренных источников алмаза.
Результаты работы активно используются при поисках и оценке кимберлитовых тел в Приазовской комплексной геологической партии (г. Волноваха).
Работа выполнена на достаточно высоком научно-теоретическом уровне, полученные в работе результаты имеют научную и практическую ценность.
На основании выше изложенного работа заслуживает высокую оценку и может публиковаться.

К. Г-М. Н

Доц.
Волкова Т.П.

Вверх