Вопрос 3. Особенности образования раннемагматических месторождений алмазов (Модели образования месторождений алмазов кимберлитового и лампроитового типов).

Наибольшее практическое значение среди раннемагматических месторождений имеют месторождения алмазов. Они связаны с ультраосновными или основными магматическими телами – кимберлитами или лампроитами, приурочены к разломам тектонически активизированных древних платформ. Выделяют несколько главных эпох таких активизаций:

• протерозойская (Африканская и Индийская платформы),

• раннепалеозойская (Русская),

• позднепалеозойская и раннемезозойская (Сибирская, Африканская, Австралийская).

Часто процессы активизации на одной и той же платформе протекают в несколько этапов. Например, на Сибирской платформе это девонский, триасовый, юрско-меловой этапы.

Алмазоносные кимберлитовые магматические тела сложены ультраосновной порфировой породой. Кимберлиты очень редко встречаются на нашей планете. Внешне эта порода очень невзрачна и напоминает бетон, в котором сцементированы обломки разнообразных пород. Названы они по названию города Кимберли на юге Африки. Он возник на месте богатейшего россыпного месторождения алмазов недалеко от реки Оранжевой и был назван по фамилии британского министра колоний того времени. Кимберлиты образуются из магм самого глубинного происхождения, которые зарождаются на глубинах 100-200 км. Кимберлитовые магмы являются результатом частичной выплавки мантийного вещества, и обогащены летучими компонентами (СО₂, Н₂О, N₂).

Алмазоносные кимберлиты выполняют крутопадающие трубообразные тела, приуроченные к глубинным расколам, по которым мантийная магма поднимается в верхние части земной коры. Кимберлитовые трубки в сечении составляют от нескольких метров до нескольких сотен и даже тысяч метров. Они прослежены на глубины свыше 1 км. При этом их поперечные сечения резко сокращаются. Например, трубка Мира в Якутии на глубине 600 м уменьшается в 5 раз. Часто трубки на глубине переходят в дайки.

Кимберлит в трубках цементирует эруптивные брекчии (в обломках которых глубинные породы фундамента или мантии). Среди обломков (или ксенолитов) присутствуют родственные породы – оливиновые ультраосновные породы, перидотиты, эклогитовые сланцы, а также чуждые породы – это обломки осадочных, метаморфических, комагматических комплексов, которые захватываются по пути следования магмы. Образование брекчий связывается с неоднократным взрывообразным прорывом расплава и газов по узким магмоподводящим каналам. Поэтому подобные тела иначе называют кимберлитовыми трубками взрыва.

К магматическим минералам кимберлитов относят алмаз, оливин, пироп, хромит, диопсид, ильменит, магнетит, флогопит, апатит, графит. К наиболее алмазоносным относятся кимберлиты с низким содержанием окислов титана, калия, уменьшением концентраций глинозема, но повышенной хромистостью пиропа и диопсида.

На нашей планете известно более 4000 кимберлитовых трубок, но алмазоносными являются не более 1-2%.

Есть множество гипотез образования алмазов в кимберлитовых трубках. Одна из наиболее принятой – раннемагматическое образование алмазов еще в верхней мантии при температурах 1400 -1900С при очень высоких давлениях (5-9 ГПа) при устойчивом подтоке к местам кристаллизации алмазов углерода и его соединений. Затем такая магма, с некоторым количеством выделившихся из неё кристаллов, поднималась вдоль разломов в период тектонической активизации платформ. При этом образовывались кимберлитовые дайки. Когда давление газов в кимберлитовой магме превосходило внешнее давление – происходил газовый прорыв, сопровождавшийся дроблением горных пород. Таким образом, полости заполнялись обломками и несущей их магмой. На сибирских месторождениях такой прорыв мог начинаться с глубины в 1км и даже 3-4 км.

Другие гипотезы отличаются местом кристаллизации алмазов и источником в магме углерода. Так, алмазы, или их часть могли кристаллизоваться при высоких давлениях непосредственно в самой трубке. Высокие давления возникали в момент прорыва газов. Углерод в кимберлитовой магме мог быть не мантийный, а попадать при ассимиляции кимберлитовой магмой углеродсодержащих пород. Есть точки зрения о происхождении алмазов в связи с пневматолитовыми и другими процессами. Но самой распространенной точкой зрения является гипотеза о раннемагматическом происхождении алмазов в кимберлитовых трубках.

Примером месторождений в России являются, прежде всего, месторождения Якутии, открытые в 50-х годах 20 века. А в последней четверти 20 века было сенсационное обнаружение новой Архангельской алмазоносной провинции. Сечение алмазоносных трубок здесь достигает 300х400м.

Еще большей сенсацией было открытие коренных месторождений алмазов в Австралии в 1979 г. Первое из этих месторождений Аргайл – кимберлитовая трубка, площадью – около 45 га и рядом россыпное месторождение, протягивающееся на 35 км. Это месторождение находится в 100 км от бывшего поселка, теперь города, Кимберли на плато Кимберли. Самое интересное, что в силу исторической случайности или пророчества они были названы задолго до открытия коренных алмазов. Несмотря на редкие находки алмазов в россыпях, этот регион относился к неперспективным, так как в отличие от известных типов алмазоносных провинций, он приурочен не к древним платформам, а к складчатой области. Здесь не были найдены типичные для алмазов кимберлитовые трубки взрыва.

Новый, неизвестный до этого тип алмазов был назван лампроитовым типом. Лампроит – это богатая магнием основная или ультраосновная лампрофировая порода, но в отличие от кимберлита обогащенная также калием. Лампроиты относят к особой группе меланократовых пород – лампрофирам (гипабиссальным интрузивным или субвулканическим породы, которые никогда не образуют обособленных крупных масс – это малые интрузии, некки, трубки взрыва – пространственно всегда связаны с трещинной тектоникой).

Лампроитовые тела, по сравнению с кимберлитовыми трубками, имеют большие размеры. Их формы – трубки в виде бокала шампанского, штоки, силлы и дайки. По сравнению с кимберлитами они бедны глубинными ксенолитами. Лампроитовые расплавы зародились на меньших глубинах по сравнению с кимберлитовыми магмами. Лампроитовые магмы возникали также в результате частичного плавления верхней мантии ультраосновного состава, но несколько отличного от кимберлитовых магм. Для лампроитовых магм характерны низкие концентрации Al, Fe, Ca,, Na, В отличие от кимберлитов в лампроитах редки гранаты и ильменит, преобладают хромшпинелиды, а в основной массе имеется амфибол. Лампроиты отличаются повышенным содержанием Rb, Sr, Ba, Ti, Zr, Pb, Th, U, легких редкоземельных элементов. Многие из этих элементов, включая калий, относят к коровым.

Есть точки зрения, что лампроитовые магмы зарождались в глубинных промежуточных магматических очагах, где мантийные ультраосновные магмы насыщались коровыми элементами. Но механизм формирования алмазов в лампроитах сходен с кимберлитовыми телами. То есть это также раннемагматический минерал.

При поверхностном разрушении алмазоносных трубок образуются россыпи алмазов.

Вопрос 4. Позднемагматические месторождения. Месторождения формируются из остаточного рудного расплава, в котором концентрируется основная масса ценных компонентов. В месторождениях данного типа масса первыми кристаллизуются породообразующие силикатные минералы. Остаточный расплав под влиянием тектонических движений, внутренних напряжений и летучих компонентов заполняет в почти затвердевшей интрузии ослабленные зоны (трещины), различные пустоты и промежутки между зернами силикатных минералов. При этом развивается сидеронитовая структура, когда рудный минерал как бы цементирует зерна силикатов.

Позднемагматическим месторождениям присущи следующие черты:

1. преимущественно эпигенетический характер рудных тел, имеющих форму секущих жил, линз, труб;

2. сидеронитовые структуры, преобладание массивных руд над вкрапленными;

3. крупные размеры рудных тел, значительные масштабы месторождений достаточно богатых руд.

К позднемагматическим относятся следующие типы месторождений:

1. хромитовые в серпентинизированных дунитах и перидотитах на Урале (Кемпирсайское);

2. титаномагнетитовые в массивах габбро-перидотит-дунитового состава – на Урале (Качканарское), в Карелии (Пудожгорское), в Норвегии Телнесс), Швеции (Таберг);

3. платиновые в дунитах, перидотитах и пироксенитах – на Урале (Нижне-Тагильское), на Алдане (Кондёрское);

4. апатит-нефелиновые в щелочных породах – на Кольском полуострове (Хибины), в Восточной Сибири (Горячегорское, Кия-Шалтырское).

Промышленное значение особенно высоко для хромита, титаномагнетита и апатита, почти вся мировая добыча которых обеспечивается за счет месторождений позднемагматического генезиса.

Месторождения хромитов приурочены к массивам ультраосновных пород, в той или иной степени дифференцированных по составу и серпентинизированных. Массивы имеют форму лакколитов. Обычно их основание сложено серпентинизированными дунитами, в которых и располагаются рудные тела, представленные жилами, линзами, трубами, гнездами и полосами массивных и вкрапленных руд. Текстуры руд полосчатые, пятнистые, нодулярные, брекчиевые и вкрапленные. Структуры мелко- и среднезернистые. Руды сложены хромшпинелидами, магнетитом, тальком, карбонатами, иногда оливином и пироксеном.

Месторождения титаномагнетитов чаще всего генетически связаны с габбро-пироксенит-дунитовыми массивами. Рудные тела, размещение которых контролируется элементами протомагматической тектоники и более поздними разрывными нарушениями, имеют форму жил, линз, гнезд, шлиров. Текстуры руд массивные, полосчатые, пятнистые. Наиболее типична сидеронитовая структура. Основные минералы руд – титаномагнетит, ильменит, рутил. Нерудные минералы представлены пироксеном, амфиболом, основными плагиоклазами, хлоритом, реже биотитом, гранатом.

Апатит-нефелиновые месторождения генетически связаны с массивами щелочных пород. Уникальными среди них считаются месторождения Хибинского щелочного массива на Кольском полуострове. Массив имеет форму лополита конического строения, залегает среди гнейсов и кристаллических сланцев. Он сформировался в результате последовательного внедрения хибинитов, нефелиновых сиенитов и пород ийолит-уртитового ряда. С последними генетически и пространственно связаны наиболее крупные залежи апатитовых руд, создающие в плане кольцо крупных линз. Руды состоят из апатита, нефелина, магнетита, ильменита, сфена, пироксена, лопарита. Они являются комплексными, содержащими промышленные концентрации фосфора, алюминия, титана и редких элементов.

Литература: [1], с. 59-81; [2] с. 51-66; [3], с. 83-95; [9], с. 345 - 402, [10]

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по темам 4,5.

Собрать литературные сведения по формированию ликвационных месторождений.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое ликвация?

2. С какими формациями магматических пород связаны ликвационные месторождения?

3. Какие формы и внутреннее строение имеют интрузивные тела с ликвационными медно-никелевыми месторождениями?

4. При каких геологических и физико-химических условиях образуются ликвационные медно-никелевые руды?

Изучить особенности формирования расслоенных магматических массивов и связанных с ними раннемагматических полезных ископаемых

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Какие магматические породы слагают рудоносные расслоенные массивы?;

2. Какова форма и внутренняя структура расслоенных массивов?;

3. Что такое кумуляты и как они формируются?

4. Привести примеры рудных кумулятов в расслоенных магматических массивах.

Подобрать материалы (интернет, публикации) по особенности формирования магматических месторождений алмазов. Назвать характерные особенности условий залегания, строения и состава позднемагматических месторождений.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. С какими магматическими образованиями связаны месторождения алмазов?

2. Что такое кимберлиты – состав, строение кимберлитовых трубок

3. На какой глубине рождаются кимберлитовые магмы?

4. При каких температурах и давлениях образуются алмазы?

5. Где происходит кристаллизация алмазов?

6. Чем отличаются лампроиты от кимберлитов?

7. Какие типы позднемагматических месторождений имеют промышленное значение?

Лекция 6 (2 часа). Карбонатитовые месторождения

Общая характеристика. Генетические гипотезы, этапы и стадии формирования рудоносных массивов. Форма карбонатитовых тел, зональность карбонатитовых массивов. Примеры месторождений (апатит-магнетитовых, флогопитовых, медных).

Вопрос 1. Общая характеристика (минеральные типы карбонатитов, связь с магматизмом, распространение, геологические структуры). Карбонатиты - это эндогенные скопления карбонатов (преимущественно кальцита, реже доломита, анкерита), которые пространственно и генетически связаны с массивами ультраосновных - щелочных пород.

Карбонатиты на 80-90% состоят из карбонатных минералов. В них также присутствует апатит, флогопит, титаномагнетит, магнетит и редкие минералы бадделит (ZrO₂), пирохлор (сложный оксид редких и редкоземельных элементов), перовскит (титанат редких земель), монацит (фосфат редких земель), а также карбонаты редких земель (паризит, бастнезит).

Карбонатитовые месторождения сравнительно редки и содержат специфический комплекс полезных ископаемых, интерес к которым проявился относительно недавно. К настоящему времени обнаружено около 200 массивов карбонатитоносных ультраосновных – щелочных пород. Из них только 20 служат объектами для разработки. На территории России подобные массивы выявлены в Карелии, на Кольском полуострове, в Восточной Сибири, Приморье. За рубежом они известны в США, Канаде, Бразилии, ФРГ, Швеции, Норвегии, Финляндии, Гренландии, Австралии, Индии, Афганистане, ряде районов Африки. В плане штокообразные интрузивы ультраосновного – щелочного состава с карбонатитами занимают километры, десятки километров. Например, Кондерский массив (Алдан) в диаметре – 5,5 км. Ковдорский массив (Кольский полуостров) имеет площадь 40 км². Возраст карбонатитов разнообразный: на Алдане - докембрийский, на Кольском полуострове – герцинский, в Бразилии, Канаде – киммерийский, в Африке – альпийский. Образование связано с тектономагматической активизацией древних континентов.

Карбонатитовые массивы относятся к многофазовым интрузиям центрального типа и характеризуются концентрически зональным строением. Среди карбонатитов встречаются «открытые» - когда ультраосновная магма достигает поверхности Земли и изливается, и «закрытые» - не доходившие в момент образования до поверхности. Вертикальный размах карбонатитов не менее 10 км. В СССР карбонатитовые тела вскрывались скважинами на глубинах порядка 0,5 км, при этом они не выклинивались.