Ю.Б. Панов, Б. С. Панов, В. Л. Гриффин, О. П. Мигович - Первые данные о составе и распределении редких земель в хромпиропе из кимберлитов Украинского Щита

Автор: Ю. Б. Панов, Ю. А. Проскурня, В. Л. Гриффин
Источник: Наукові праці ДонНТУ. Серія «Гірничо-геологічна». № 2(19)’2013. С. 139–145.

В основу настоящей работы положены результаты определения содержания главных оксидных компонентов и (впервые для Украины) содержания малых и редкоземельных элементов в составе минерала-спутника алмаза – хромпиропа. Образцы граната были отобраны в разных регионах Украинского щита. Анализы выполнялись с помощью протонного и электронных микроанализаторов HIAF, CAMEBAX SX-50 и LAM-ICPMS в Главном национальном центре геохимической эволюции и металлогении континентов университета Макуори (Сидней, Австралия). Обобщение полученных данных проводилось с учетом нового способа оценки алмазоносности кимберлитов, разработанного австралийскими исследователями (В. Л. Гриффин, С. Райан и др.), установившими необратимый фактор изменения химического состава литосферной мантии в течение истории Земли и выделившими три типа кратонов с кимберлитами и лампроитами: архоны (тектонотермальный возраст более 2,5 млрд. лет), протоны (2,5–1 млрд. лет) и тектоны (менее 1 млрд. лет) [5;6]. Полученные данные позволили установить время консолидации субконтинентальной литосферной мантии (СКЛМ) отдельных геоблоков УЩ, что является одним из важнейших критериев при оценке перспектив алмазоносности присутствующих в их границах тел кимберлитов.

В связи с мантийными процессами, по геохимическим данным, литосферой можно назвать толщу, состоящую из стабильного, относительно деплетированного материала, в отличие от конвективной и обогащенной широким набором элементов (циркония, титана и особенно иттрия) астеносферы. В соответствии с полученными данными можно предположить, что мощность литосферной мантии под архонами составляет 220–180 км, под протонами 180–140 км, а под тектонами – до 100 км.

Субкальциевые гарцбургиты с содержанием СаО в составе хромпиропа от 2,5 до 5 мас.% и Cr₂O₃ от 4 до 8 мас.% характерны для архонов, тогда как для протоновых лерцолитов эти значения составляют 4–7 мас.% СаО и 2–6 мас.% Cr₂O₃. Тектоновые (фанерозойские) лерцолиты содержат 4,5–6 мас.% СаО и 1–2,5 мас.% Cr₂O₃. Средние значения содержания Zr и Y, отношения Zr/Y и Y/Ga, а также количество TiO₂ в составе граната из лерцолитов от архона к протону и тектону уменьшаются, что связано с увеличением роли клинопироксена и граната в составе этих пород. Характерны следующие содержания этих элементов: для граната из архонов (г/т) – Zr 55–26, Y 17–9, TiO₂ 4000–25, Zr/Y 200–49, Y/Ga 2,4–1; из протонов – Zr 43–12, Y 24–8, TiO₂ 3080–850, Zr/Y 159–31, Y/Ga 3,2–1,2; из тектонов – Zr 37–9, Y 44–21, TiO₂ 2200–640, Zr/Y 42–10, Y/Ga 4,1–11,0.

Гранаты из кимберлитов Восточного Приазовья имеют средние содержания Y – 5–20г/т и Zr – 10–80г/т. Это свидетельствует о протекавших в литосфере мантии достаточно интенсивных низкотемпературных процесах инфильтрационного метасоматоза флогопитового типа и високотемпературного метасоматоза, приводящего к плавлению исходных образований и значительному обогащению их целым комплексом элементов. Содержания Zr до 30 г/т характерны для гранато из деплетированной мантии. Более высокие содержания – 40г/т и более – фиксируют наличие наложенных постмагматических метасоматических процессов. Большинство образцов гранатов, отобранных в Приазовье, высокохромистые (около 8 мас.% Cr₂O₃), что характерно для граната из лерцолитов кратонных областей. Такие содержания хрома в гранатах характерны для регионов, геотермы которых составляют 40 и более мВт/м2 . Содержание СаО 2,7–7,3 мас.%, невысокое содержание Y (в среднем 13,7 г/т), а также значения отношений Y/Ga и Zr/Y указывают на их архоновый и, частично, протоновый возраст. Восточноприазовский блок УЩ имеет протоновый возраст и граничит на западе с архоновым западноприазовским блоком. Поэтому образцы граната могут отражать наличие измененных фрагментов архоновой мантии в зоне контакта этих блоков.

Волынско-Кухотская область. Гранаты из кимберлитов Волынско-Кухотской площади (41 проба) по содержанию СаО (около 5,2 мас.%), Cr₂O₃ (около 5 мас.%), TiO₂ (около 0,24 мас.%), Ga (в среднем 13,7 г/т), Y (в среднем 11,1 г/т), а также по отношению Y/Ga относятся к хромпиропам, образовавшимся в архейской мантии, хотя образцы были отобраны в пределах рифейского Волынско-Кухотского авлакогена, испытавшего в среднем протерозое процессы тектоно-магматической активизации, т. е. имеющего субконтинентальную литосферную мантию (СКЛМ) протонового типа.

Гранаты из перекрывающих меловых отложений (68 проб), обладая рядом свойств, характерных для мантии протонового типа, демонстрирует вместе с тем эволюцию от протоновой (К1) к тектоновой (К2) мантии (более высокое содержание в его составе Y и более высокое значение отношения Y/Ga) . Полученные данные свидетельствуют о том, что кимберлиты старше авлакогена, не имеющего мантии архонового типа, или возраст их неясный. Ненадежность датировки не позволяет однозначно говорить о наличии в этом регионе архоновой СКЛМ и делать надежные выводы о перспективах алмазоносности кимберлитов [1].

Белокоровичский участок. Гранаты из аллювиальных отложений четвертичного возраста низкохромистые (содержание Cr₂O₃ до 7 мас.%). Среднее содержание Zr ( 32,1 г/т), высокое содержание Y (до 10 г/т) и Ga (до 6,6 г/т) типичны для лерцолитовых гранатов из обогащенной мантии. Значения отношений Y/Ga и Zr/Y характерны для тектонового и, частично, протонового полей.

Шепетовский участок. Гранаты низкохромистые, лерцолитового состава, с содержанием Cr₂O₃ около 2 мас.%. Высокие значения содержания Y (в среднем 27,6 г/т) не зависят от значений содержания Ga (5–11 г/т), что типично для граната из обогащенных лерцолитов. Значения содержания Zr, Y, Ga характерны для граната, образовавшегося в верхней части протонового поля и, в основном – тектонового поля [2].

Рис. 1. Значения отношений Y/Ga и Zr/Y в составе гранатов из ультрабазитов Южного Приазовья (рис. 1а) и кимберлитов Волынь-Кухотского участка (рис. 1б).

Разновидности горных пород по содержанию Ca, Cr: ? – субкальциевый гарцбургит; ? – Са гарцбургит; ? – лерцолит; х – верлит. Подольско-Белоцерковский блок. Изучен химический состав гранатов из аллювиальных отложений миоценового возраста (N1) р. Случь (22 пробы), р. Збруч (23 пробы), р. Южный Буг (53 пробы), а также четвертичных аллювиальных отложений р. Серет (30 проб), среднего течения р. Днестр (38 проб), верховьев р. Днестр (Карпаты, 35 проб).

Рис. 2. Значения отношений Y/Ga и Zr/Y в составе граната из Белокоровичских аллювиальных отложений (рис. 2а) и из граната Шепетовских миоценовых отложений (рис. 2б).

Разновидности горных пород по содержанию Ca, Cr: ? – Са гарцбургит; ? – лерцолит.

Рис. 3. Значения отношений Y/Ga и Zr/Y в составе граната из аллювиальных отложений рек Случь (рис. 3а) и Збруч (рис. 3б).

Разновидности горных пород по содержанию Ca, Cr: ? – Са гарцбургит; ? – лерцолит.

Для этого блока характерен протоновый тип мантии, что подтверждается умеренными значениями отношений Y/Ga и Zr/Y хромпиропа и средним, а также низким содержанием Y. Эти данные соотносятся с общегеологическими данными, фиксирующими широкое проявление магматизма в среднем протерозое (1,7–2,2 млрд. лет). Это «протоновое ядро» на юго-западе, севере и западе ограниченно полями распространения граната с набором элементов, характерных для типичных тектонов [3; 4]. Кировоградский участок. Образцы гранатов из аллювиальных отложений р. Саврань (20 проб), содержат Cr₂O₃ (1,18–4,76 мас.%), СаО (около 5 мас.%), Y (15–39 г/т), Zr (около 35 г/т), а также характеризуются значениями отношений Y/Ga и Zr/Y, позволяющими определить их протоновый и, в большей части, тектоновый возраст.

Рис. 4. Значения отношений Y/Ga и Zr/Y в составе граната из миоценовых отложений р. Южный Буг (рис. 4а) и из вехнечетвертичных аллювиальных отложений р. Серет (рис. 4б).

Разновидности горных пород по содержанию Ca, Cr: ? – субкальциевый гарцбургит; ? – Са гарцбургит; ? – лерцолит; х – верлит.

Овручский авлакоген. Хромпироп этого региона относится к нескольким геохимическим разновидностям. Образец, отобранный из рифейских отложений в районе р. Уборт, очевидно представляет более древний источник и отличается от белокоровичских гранатов высоким содержанием Cr2O₃ (3 мас.% против 2,1 мас.%), более низким содержанием Y (21 против 27 г/т) и более высокими значениями отношения Zr/Y (2,3 против 1,3) . Это позволяет относить пиропы как к образовавшимся в мантии протонового типа, гранаты же Белокоровичского участка – типично тектонового происхождения. Это различие может отражать прогрессивную модификацию земной коры в краевых частях УЩ на границе с Припятско-Днепровско-Донецким авлакогеном, сформировавшимся в девонское время. Нельзя также исключить того, что гранат этих двух областей представляет разные исходные источники. Таким образом, низкие значения содержания Y (13–15 г/т), отношения Y/Ga (2,5–2,8) и высокие значения отношения Zr/Y (5,9–11,7), установленные для пиропов из кимберлитов Волыни и Приазовья, типичны для гранатов, образовавшегося в архонах. Это согласуется с присутствием в их составе концентратов субкальциевых гранатов. Восточно-Приазовский участок отличается высокой степенью преобразования литосферной мантии архейского возраста, возможно содержащей внедрения протонового возраста, испытавшей в это время какие-либо тектоно- термальные события. Все это указывает на возможную алмазоносность этих кимберлитов. Умеренные значения содержания Y (20–25 г/т), типичные для гранатов, образованных в мантии протерозойского возраста, установлены в образцах из осадочных отложений Волыни, вендских отложениях Белокоровичской площади и в пробах из делювиальных отложений Подольского блока. Гранаты других участков содержат Y в пределах 24–27 г/т, что типично для молодого типа мантии. Протерозойская литосферная мантия залегает под южной частью Подольско-Белоцерковского пояса. Кора отделяется со всех сторон боле молодой и, значительно более обогащенной целым рядом элементов литосферной мантией, которая, вероятно, преобразовывалась в течение рифейского вулканизма, девонского рифтогенеза и формирования Карпат [2].

Наиболее высокое содержание Cr₂O₃ установлено для гранатов из Приазовских и Волынских кимберлитов (5,7–5,8 мас.%) [1]. Умеренные значения содержания Cr₂O₃ (2,5–3 мас.%) определены для гранатов из аллювиальных отложений Волыни, вендских отложений Белокоровичской площади, гранатов Карпатского региона и двух образцов и с учетом полученных данных по содержанию основных оксидных компонентов в пределах Украинского щита гранатов юго-западной части Подольского блока [1; 6]. Для других образцов хромпиропов характерны очень низкие значения содержания Cr₂O₃ (2–2,2 мас.%), типичные для тектонового типа мантии. и с учетом полученных данных по содержанию основных оксидных компонентов в пределах Украинского щита

В результате установленного содержания редких и редкоземельных элементов, а также, основных оксидных компонентов в гранатах различных областей УЩ и сопоставив их с аналогичными данными по некоторым алмазоносным кимберлитам мира можно сделать следующий вывод. Наиболее перспективными для поисков алмазоносных кимберлитовых и лампроитовых тел могут являться Приазовский (особенно западная его часть) и Северо-Западный (Волынский) мегаблоки, поскольку выявленные на их территории хромпиропы наиболее сходны с аналогичными гранатами из алмазоносных кимберлитов Якутии, ЮАР и других стран.

ЛИТЕРАТУРА