Кимберлиты и пикриты

Кимберлиты и пикриты

После открытия алмазоносной трубки "Кимберли" все ультраосновные породы, сложенные тонкозернистой массой с заключенными в ней крупными вкраплениями слюды, ильменита и других минералов, стали называться кимберлитами. На каждом вновь обнаруженном выходе таких пород проводились трудоемкие работы по определению наличия и концентрации алмазов. Вблизи трубки "Кимберли" результаты работ были вполне успешными: породы всех открывавшихся тел содержали алмаз, и примерно каждая десятая трубка имела промышленную концентрацию драгоценного камня.

По мере охвата поисками территорий, находившихся на значительном удалении от района Кимберли, эффективность работ резко понизилась. Сначала единичные, а затем все более многочисленные трубки взрыва оказывались лишенными алмазов, а высокоалмазоносные диатремы здесь не встречались совсем. Аналогичная картина наблюдается и в других алмазоносных регионах мира: богатые коренные месторождения неизменно тяготеют к центральным частям кимберлитовых провинций, в то время как на периферии находятся лишь слабоалмазоносные и полностью лишенные алмазов породы. В связи с тем, что геологи до недавнего времени не знали причин различной алмазоносности кимберлитов, от их внимания ускользали закономерности распределения богатых коренных месторождений в пределах областей кимберлигового вулканизма, и они не придавали особого значения особенностям пород из различных частей провинций. Поиски проводились по соседству с уже выявленными алмазоносными районами, на площадях с единичными находками алмазов в россыпях, а также на территориях, где были известны выходы сходных с кимберлитами горных пород.

Отсутствие научно обоснованных принципов при выборе новых площадей для постановки поисковых работ неизбежно приводило к большим потерям средств и времени. Так, например, самая крупная капиталистическая компания по поискам и добыче алмазов - "Дебирс" - в первой половине 60-х годов проводила поиски месторождений в Танзании. Работы продолжались пять лет, и стоили около 2 млн. фунтов стерлингов. Было открыто свыше 100 трубок взрыва, но лишь немногие диатремы оказались слабоалмазоносными, а все остальные - пустыми.

В середине 60-х годов в СССР был завершен цикл теоретических исследований, которые заложили основы количественных оценок сложного процесса образования кимберлитов и природных алмазов. Принципиально новый подход к анализу и обобщению обширных данных по геологии алмазных месторождений позволил выявить ряд объективных закономерностей, которые ранее ускользали от внимания ученых и геологов-практиков.

Первым весьма важным результатом этих исследований явилось предложение разделять порфировые ультраосновные породы в кимберлитовых провинциях на группы, различающиеся условиями образования (фациальные). Каждая группа включает породы, характеризующиеся сходными условиями образования. В чем же смысл и основа такого разделения?

Алмаз встречается, как уже отмечалось, далеко не во всех трубках взрыва. Кроме того, алмаз всегда сопровождается кроваво-красным и малиновым магниево-хромистым гранатом - пиропом, за что последний получил название минерала-спутника алмаза. И хотя существуют неалмазоносные породы с пиропом, алмаз никогда не встречается в породах, лишенных пиропа. Значит, среди пород, слагающих трубки взрыва и дайки в кимберлитовых провинциях, могут быть выделены три основные группы: породы, содержащие алмаз и пироповый гранат; неалмазоносные породы с пиропом; породы, лишенные и алмаза, и пиропа.

Таким образом, наряду с высокоалмазоносными разновидностями встречаются очень похожие на них, но лишенные алмаза горные породы. Поскольку наличие таких пород - доказанный факт, то следовало выяснить причины такого явления, а затем найти признаки для опознания перспективных и бесперспективных на алмазы горных пород.

В предыдущих главах книги рассказывалось, что согласно теоретическим расчетам и экспериментальным данным по изготовлению синтетических алмазов для образования этого минерала необходима температура 1200-1700° С и давление Свыше 50000 кгс/см². А при каких же условиях возникают алмазы в кимберлитах?

Отважные ученые-вулканологи измерили температуру потоков огненно-жидкой лавы, которые изливаются из ныне действующих вулканов. В среднем она составляет около 1100° С. Извержения даже самых молодых кимберлитов закончились примерно 60 млн. лет назад, и поэтому о температуре кимберлитовой магмы мы можем судить лишь по некоторым косвенным признакам. Результаты измерений температуры лав современных вулканов лишь весьма условно могут приниматься за нижний температурный предел образования природных алмазов. Дело в том, что кимберлиты имеют совершенно иной химический состав, а кроме того, алмазы в них кристаллизовались не у поверхности Земли, а на глубине многих десятков километров. Увеличение давления повышает температуру плавления большинства веществ, поэтому в условиях подкоровых глубин Земли горные породы при 1100-1200° С находятся в твердом состоянии.

Определения температуры и давления кристаллизации алмазов в кимберлитах проведены с помощью "полупрямого" и нескольких косвенных способов. Здесь мы кратко остановимся только на первом из них. Для таких определений нужны алмазы с включениями других минералов (оливина, граната и др.), выделявшихся из магмы одновременно с ними. Мелкие зерна их прилипали к растущему кристаллу алмаза, постепенно обволакивались им со всех сторон и таким образом оказывались заключенными в сверкающую "темницу".

Различные вещества неодинаково изменяют свой объем при охлаждении и падении давления, и поэтому вокруг минералов-узников в алмазе при атмосферных условиях наблюдаются зоны внутренних напряжений, хорошо различимые в поляризованном свете. Если температуру и давление окружающей среды поднять до значений, при которых эти минералы были захвачены алмазом, то напряжения в его кристаллах исчезнут. Опыты показали, что эти напряжения исчезают уже при 1500-1700° С и давлении 40000-50000 кгс/см², т. е. при тех же термодинамических параметрах, которые были предсказаны на основе теоретических расчетов и вытекают из экспериментов по синтезу алмаза.

Оказывается, что не только алмаз, но и пироповый гранат не может кристаллизоваться при атмосферном давлении. Как теоретические выкладки, так и экспериментальные данные со всей очевидностью свидетельствуют, что в силикатных расплавах типа кимберлитовой магмы для образования таких гранатов необходимо давление не ниже 20000 кгс/см².

Отсюда следует, что если давление магмы достигало 40000-50000 кгс/см², то в ней происходила кристаллизация алмаза и пиропа. Из магм, испытывавших давления в пределах 20000-40000 кгс/см², возникали неалмазоносные породы с пиропом. Если давление не достигало 20000 кгс/см², то при остывании магмы получались породы, не содержащие ни алмаза, ни пиропа.

Строго говоря, название "кимберлит" следовало бы применять только к алмазоносным пиропсодержащим порфировым ультраосновным (содержащим мало кремния) породам, полностью аналогичным породе из трубки "Кимберли". Однако даже в эксплуатируемых месторождениях содержание алмаза исчисляется стотысячными и миллионными долями процента, и поэтому, чтобы определить, имеется или нет этот минерал во вновь найденной трубке взрыва, необходимо переработать огромное количество породы. Концентрация пиропа в кимберлитах обычно в десятки тысяч раз выше, чем алмаза. Относительное обилие пиропа позволяет за несколько минут определить его наличие или отсутствие в породе, причем эти определения легко выполняются и в полевых условиях.

Было решено называть кимберлитами все пиропсодержащие порфировые ультраосновные породы, образование которых связано с вулканическими процессами, характеризующимися колоссальными давлениями и температурами. Их принято называть породами кимберлитовой фации ультраосновного вулканизма. Заметные различия в минимальных давлениях, необходимых для кристаллизации алмаза и пиропа, позволяют разделить кимберлитовую фацию на две субфации: алмазную и пироповую. Все остальные породы, обладающие аналогичным составом, образовались при давлении ниже 20000 кгс/см² и относятся к пикритовой фации вулканизма. В качестве собирательного названия для таких пород используется термин "пикриты".

Первым практическим результатом, полученным в итоге уточнения термина "кимберлит", явилась существенная экономия средств при поисках алмазных месторождений. Если раньше на каждой вновь найденной трубке и дайке отбирались пробы для определения алмазоносности, то теперь опробованию подвергаются только пиропсодержащие породы. Минимальная масса пробы для установления алмазов в одной диатреме составляет 3-5, нередко 15-20 т, в то время как присутствие пиропа надежно фиксируется после ручной промывки 10 кг породы и просмотра полученного остатка под лупой. Очевидно, что отказ от крупнообъемного опробования на алмазы десятков и сотен новых пикритовых тел сберегает много денег и времени, способствуя повышению эффективности нелегкого труда геологов.