Алмазные трубы

Алмазные трубы

До второй половины XIX в. все алмазы добывались из россыпей в долинах как современных, так и давно исчезнувших рек. Коренные источники их оставались неизвестными, и ученые многих стран терялись в догадках о возможном составе материнской породы драгоценного минерала. Благодаря своей твердости алмаз может переноситься водными потоками на большие расстояния, и поэтому поиски коренных месторождений в непосредственной близости от россыпей долгое время оставались безрезультатными. Только в 1871 г. в Южной Африке у местечка Кимберли было обнаружено первое коренное месторождение алмазов. Содержащая алмаз горная порода получила название "кимберлит". К началу XX в. количество найденных выходов кимберлита исчислялось многими десятками, а сегодня на планете известно более 1000 местонахождений этой горной породы.

На территории СССР первый выход кимберлита обнаружен в 1954 г. и назван "Зарницей". Честь открытия его принадлежит ленинградскому геологу Л. А. Попугаевой. Алмазы из кимберлитов и россыпей ничем не различаются между собой, и поэтому вопрос о коренном источнике кристаллов для россыпных месторождений в принципе был решен.

В начале 70-х годов было установлено присутствие пылевидных кристалликов (размером менее 0,5 мм) алмаза в иных горных породах на севере Центральной Сибири, в Северном Казахстане и некоторых других местах. Наряду с ничтожными размерами кристалликов эти алмазы имеют еще целый ряд специфических особенностей, по которым они надежно отличаются от обычных (кимберлитовых) алмазов и весьма сходны с алмазами, встречающимися в метеоритах. По мнению некоторых ученых, пылевидные алмазы в некимберлитовых породах образовались в результате падения на Землю гигантских метеоритов. Благодаря огромной скорости и массе такие метеориты внедрялись в земную кору на глубину до 2-3 км. Из-за резкого торможения колоссальная кинетическая энергия космических пришельцев превращалась в тепло. Тепла выделялось так много, что его хватало не только для полного испарения всего метеорита, но и для расплавления (и частичного испарения) большого количества земных пород. Непосредственно в месте падения возникали огромные давления и температуры, вполне достаточные для кристаллизации алмазов. При всей привлекательности гипотезы она не вполне согласуется с геологическими данными, поэтому у нее имеются и сторонники, и противники.

Проблема вероятного механизма и особенностей образования "космогенных" алмазов, безусловно, очень интересна, но даже предельно сжатое изложение этих вопросов уведет нас далеко в сторону от основной темы. Все рассказанное в предыдущих главах имеет отношение только к алмазам земного происхождения. Этот принцип мы сохраним и при дальнейшем изложении.

Что же представляют собой алмазные месторождения? Как уже упоминалось, различают две основные группы месторождений: коренные (первичные) и россыпные (вторичные).

Коренные месторождения алмазов представляют собой огромные жерла, реже крупные трещины в земной коре, заполненные специфической горной породой - упомянутым кимберлитом. В верхней части жерла имеют обычно воронкообразные расширения и постепенно сужаются книзу. Из-за трубообразной формы эти жерла принято называть трубками взрыва или диатремами. Диаметр их на уровне земной поверхности изменяется от 10-20 до 1500 м, а площадь от 0,01 до 140 га. С глубиной трубки постепенно сужаются и переходят в трещины, толщина которых измеряется единицами или первыми десятками метров. Глубина таких переходов различна для каждой отдельно взятой трубки и зависит от многих причин. Из них важнейшими являются мощность вулканических взрывов, прочность прорванных горных пород и т. п. У трубки "Кимберли", например, эта глубина составляет 1100 м от современной поверхности земли, у трубки "Дебирс" - 730 м, у трубки "Св. Августин" - всего 240 м.

Площадь поперечного сечения трубок при погружении убывает с различной интенсивностью: у некоторых диатрем на каждые 100 м глубины на 8-14%, у других на 50 и даже 70%. Однако большинство трубок взрыва приближается по форме к конусу, угол при вершине которого составляет 10-12° (рис. 18).

Рис. 18. Схематический вертикальный разрез алмазоносной кимберлитовой трубки взрыва. В нижней части трубка сочленяется с плитообразным телом (дайкой), которое заполняет трещину, уходящую на десятки километров в глубь земной коры. 1 - рыхлые наносы (глина, песок); 2 - глинистые сланцы; 3 - диабаз; 4 - известняки; 5 - кварциты (прочные породы, состоящие из плотно сцементированных зерен кварца); 6 - граниты и другие особо прочные горные породы; 7 - 'желтая земля' (глинистая масса, представляющая собой конечные продукты выветривания кимберлита); 8 - 'синяя земля' (сильно выветрелый кимберлит); 9 - алмазоносный кимберлит с обломками прорванных взрывами окружающих горных пород

Выходы трубок взрыва на земной поверхности бывают почти правильной округлой или овальной формы с гладкими или изрезанными границами. Кроме того, нередко встречаются удлиненные и сильно вытянутые, линзовидные, а также грибообразные и амебовидные в плане трубчатые тела. Линзовидные в плане (сплюснуто-трубчатые) тела связаны постепенными переходами с плитообразными телами (дайками), которые заполняют вертикальные и крутонаклонные трещины в толще земной коры. Ширина даек изменяется от долей метра до нескольких метров, а длина достигает сотен метров и даже 2-3 км.

Кимберлит, заполняющий трубки взрыва и трещины, удивительно разнообразен по своему внешнему облику, особенно по окраске, и в этом отношении с ним не может соперничать ни одна горная порода. Цвет кимберлита не только из разных трубок, но даже у отдельных кусков породы из различных частей одной трубы, может изменяться от почти черного через синевато- или зеленовато-серый до светло-серого и бурого. Основная масса породы тонкозернистого строения, поверхность ее матовая. На таком фоне весьма живописно выглядят включения крупных (обычно до 1 см) блестящих зерен смоляно-черного ильменита, пластинки-зеркальца коричневой слюды, "капли" кроваво-красного граната, к которым иногда добавляются бледно-зеленый оливин и изумрудно-зеленый пироксен.

Еще более привлекательный облик имеют те разновидности кимберлитов, которые содержат обломки раздробленных вулканическими взрывами горных пород. Здесь в синевато- или зеленовато-серой массе кимберлита можно видеть кусочки желтых, кремовых и пестрых известняков и песчаников, тонкополосчатых сланцев, буровато-розовых гранитов и многих других пород. При значительном количестве таких обломков породу в целом называют кимберлитовой брекчией.

Самыми красивыми, безусловно, должны быть признаны постоянно присутствующие в кимберлитах желваки, которые состоят из крупных (часто по 2-3 см) кристаллов оливина, граната и пироксенов. В отличие от угловатых обломков всех остальных горных пород, содержащихся в кимберлитах, оливин-гранат-пироксеновые желваки имеют шарообразную, яйцевидную или несколько уплощенную форму. Кристаллизация таких желваков происходила на глубине многих десятков километров от земной поверхности. Образование и подъем желваков из подкоровых глубин Земли неразрывно связаны с образованием кимберлитов, и поэтому их принято называть "родственными включениями". С цветными фотографиями кимберлитов и их брекчий, родственных включений и отдельных минералов можно познакомиться в книге "Алмазные месторождения Якутии" [1].

В некоторых брекчиях обломки всевозможных горных пород размещены беспорядочно, как в обычных вулканических туфах. Вместе с тем в трубках взрыва встречаются также кимберлитовые брекчии, в которых плитчатые и вытянутые обломки тугоплавких пород располагаются параллельно стенкам жерла и вытянуты снизу вверх. Закономерная ориентировка таких обломков произошла в процессе заполнения полости диатремы веществом, находившимся в весьма пластичном (огненно-жидком) состоянии. Вспомним реки в период лесосплава или весенние ручейки: как бревна на реке, так и прутики и травинки в ручье вытягиваются вдоль течения. Ориентация плоских и удлиненных тел в потоке жидкости происходит за счет последовательного изменения скорости течения в поперечном сечении потока.

По химическому и минералогическому составу кимберлит относится к семейству ультраосновных, бедных кремнекислотой и весьма богатых магнием изверженных горных пород. На противоположном конце естественного ряда пород, возникших из огненно-жидкого расплава (магмы), находится семейство перенасыщенных кремнекислотой горных пород. Типичным представителем его является общеизвестный гранит. Члены этого семейства настолько богаты кремнеземом, что часть его обособляется в чистом виде, слагая зерна кварца (SiO₂).

Заполняющий трубки взрыва и дайки кимберлит прошел сложный путь развития и различных превращений. Наиболее сильные изменения происходили после завершения вулканической деятельности, в ходе застывания заполнившей жерло кимберлитовой магмы и последующего охлаждения затвердевшего кимберлита. Кимберлитовая магма содержала очень большое количество воды, углекислого газа и многих других веществ с низкой температурой кипения - так называемых летучих компонентов. По мере остывания магмы летучие вещества вступали в химические реакции с кристаллами ранее выделившихся минералов, а избыток их "отжимался" и устремлялся вверх, к земной поверхности. На своем пути они пропаривали уже затвердевший, но еще горячий кимберлит, вступали в химические реакции с его минералами, растворяли одни и отлагали другие вещества.

В те времена площади распространения кимберлитов выглядели весьма живописно. Здесь клокотали, пенились и фонтанировали в клубах пара и брызг многочисленные гейзеры и горячие источники. Термальные воды выносили и отлагали на поверхности Земли большое количество химических соединений магния, кремния, кальция и других веществ. Можно представить, что устья источников и гейзеров были окружены белоснежными и яркоокрашенными кремнистыми и известковыми туфами, натечные массы которых имели самые причудливые очертания.

Итогом такой обработки явились глубокие изменения минералогического и химического состава большинства кимберлитов. Только в небольшом числе трубок взрыва и даек остались участки, где сохранились магматические минералы. В остальных случаях эти минералы превращены в гидросиликаты, карбонаты, гидроокислы железа и другие вторичные минералы.

Из-за выщелачивания и выноса большого количества различных веществ результаты химического анализа кимберлита не отражают исходного состава породы. Между тем и для научных исследований, и для практической работы геологопоисковых экспедиций совершенно необходимо знать и иметь возможность сравнивать хотя бы основной первоначальный химический состав кимберлитов как одного, так и разных районов. К счастью, диалектика процесса гидротермального преобразования кимберлитов такова, что некоторые химические элементы полностью сохраняются даже в наиболее сильно измененных разновидностях пород. К ним относятся железо, титан, хром, алюминий, калий и некоторые другие. Содержание этих элементов отражает первичные особенности химического состава кимберлитов и поэтому позволяет сравнивать все разновидности кимберлитов как между собой, так и с другими горными породами. Такие элементы получили название показательных. В кимберлитах каждого отдельно взятого участка территории концентрация показательных элементов изменяется в сравнительно узком интервале, а кимберлиты разных районов существенно отличаются по средним содержаниям этих элементов.

Физические свойства кимберлитов неразрывно связаны с химическим составом пород. Плотность наименее измененных разновидностей их составляет 3,0-3,1 г/см³, а обычных - 2,3-2,6 г/см³. Свежие и мало измененные кимберлиты обладают большой механической прочностью - геологический молоток со звоном отскакивает от них, и приходится затратить значительное усилие, чтобы отколоть небольшой кусочек породы. Совершенно иной характер имеют разновидности кимберлита, сложенные вторичными минералами, - крупные куски их раскалываются с глухим звуком при относительно слабых ударах.

В широких пределах колеблются и магнитные свойства кимберлитов. Напряженность магнитного поля над кимберлитовыми трубками взрыва и дайками изменяется от исчезающе малой до многих тысяч гамм и в целом зависит преимущественно от содержания железа. У большинства кимберлитовых тел магнитное поле совпадает по направлению с современным магнитным полем нашей планеты. Однако у некоторых диатрем магнитное поле имеет противоположную полярность. Такие явления известны и у других горных пород. По мнению ученых-палеомагнитологов, обратная намагниченность пород явилась результатом периодических изменений направленности магнитного поля Земли, т. е. превращения северного магнитного полюса в южный и наоборот. При этом установлено, что само обращение полярности протекало достаточно быстро, а периодичность проявления этих процессов в среднем составляла около 1 млн. лет.

Прямую и обратную намагниченность имеют кимберлиты трубок не только удаленных друг от друга на сотни километров, но и находящихся в непосредственной близости. Следовательно, даже в пределах одного района ("кимберлитового поля") трубки взрыва возникли не в одно время, и вулканические извержения продолжались сотни тысяч - первые миллионы лет. Еще дольше вулканическая деятельность протекала на территории обширных областей распространения кимберлитов. Каждую отдельную область распространения кимберлитов, образование которых связано с единым циклом сложных процессов в подкоровых глубинах нашей планеты, принято называть кимберлитовой провинцией. Кимберлиты на окраинах провинций внедрились на 200-250 млн. лет позднее, чем в их центральных частях.

Алмаз находится в кимберлите в виде отдельных кристаллов, сростков нескольких небольших кристалликов, а также плотных или ноздреватых агрегатов, состоящих из множества мельчайших зернышек. Величина отдельных индивидов изменяется в широких пределах, и наряду с еле видными невооруженным глазом "пылинками" встречаются такие гигантские кристаллы, как уже упоминавшийся "Куллинан", который достигал размеров мужского кулака и весил более 600 г. Средняя масса алмазов в различных месторождениях колеблется от сотых долей до 1 карата. Представление о частоте находок кристаллов свыше 10 карат в некоторых трубках взрыва дает табл. 1.

Концентрация алмазов даже в самых обогащенных разновидностях кимберлитов составляет около одной миллионной доли от массы породы. На отдельных трубках в Африке промышленная добыча ведется при содержании алмазов в количестве лишь 4-5 стомиллионных долей. Наряду с этим известны сотни кимберлитовых тел, концентрация алмазов в которых опускается до одной миллиардной доли и ниже.

Алмазы в кимберлитах распределены равномерно, и лишь самые верхние части диатрем, сложенные сильно выветрелыми породами, как правило, обогащены этим ценным и очень устойчивым к выветриванию минералом. Но бывает, что в пределах одной трубки находятся участки ("столбы") с существенно различной концентрацией алмазов. Специальное изучение показало, что каждый такой "столб" сложен кимберлитом, возникшим в итоге отдельного извержения, и представляет собой, по существу, самостоятельную трубку взрыва, которая прорывает ранее сформированную диатрему. Трубки взрыва, сложенные двумя и более последовательно внедрявшимися разновидностями (генерациями) пород, являются телами сложного строения.

Отдельные генерации кимберлитов отличаются не только содержанием, но также величиной и формой кристаллов алмаза. Больше всего распространены кристаллы, имеющие форму октаэдров (плоскогранных), додекаэдройдов (кривогранных) и переходного типа (октаэдров-додекаэдроидов). Количественные соотношения их в разных месторождениях различны. Так, если в одних диатремах большинство алмазов представлено октаэдрическими кристаллами, то в других количество октаэдров измеряется первыми процентами, а на долю додекаэдроидов приходится до 90% от общего числа кристаллов.

Не остается постоянной и средняя морфология (особенности формы) алмазов в кимберлитах различных полей. По этому признаку кимберлитовые поля четко разделяются на две группы. Поля первой группы, характеризующиеся относительно высоким количеством октаэдрических кристаллов, размещаются в центральных частях кимберлитовых провинций. И наоборот, поля, где преобладают додекаэдрические кристаллы, располагаются ближе к окраинам кимберлитовых провинций.