Реферат: Гранаты из алмазоносных пород Кокчетавского комплекса и кимберлитовых ассоциаций

Традиционный источник алмазов в земной коре - кимберлитовые и лапроитовыеассоциации. Сравнительно недавно алмаз был найден в породах метаморфических комплексов. Вначале в Кокчетавском комплексе в России, затем в Китае и Норвегии. Акцессорные алмазы установлены визуально, с проверкой рентгенометрическими методами в виде включений в незональных гранатах из гранат - биотитовых гнейсоводного из метаморфических комплексов. Неравномерный характер распределения алмаза и графита, изометричный облик кристаллов, отсутствие следов деформаций у минералов, выполняющих роль подложки, позволяет высказать предположение о кристаллизации алмаза из флюидной фазы в статических условиях при давлениях не менее 35-40 кбар (Соболев, 1987).

Происхождение алмаза в метаморфических комплексах земной коры и природа алмазоносных пород - наиболее важно для изучения алмаза. Для этого необходимо изучить сопутствующие ему минералы. Гранат - всегда ассоциирует с алмазом. Он - один из наиболее информативных минералов- спутников алмаза, использующихся при поисково-оценочных работах на алмазоносные кимберлиты, а также при генетических построениях мантийного магнетизма. В связи с этим актуальным является установление типоморфизма гранатов ультраосновного и основного алмазоносного парагенезисов, так как их присутствие в кимберлитовых трубках или россыпях является необходимым условием алмазоносности. Решение поставленной задачи может быть осуществлено на основе исследования химического состава, структуры и условий образования гранатов различных парагенезисов (Миловский, 1982).

Выношу благодарность кафедре Петрологии Московского Государственного Университета, а в особенности В. О. Япаскурту за предоставленный материал.

1.Гранат, его свойства, изоморфизм.

К гранатам относятся сложные по составу ортосиликаты двух - и трёхвалентных катионов с общей формулой: R2+3R3+2{SiO4}3; где R2+= Ca, Mg, Mn, Fe, a R3+=Al, Fe, Cr . Среди гранатов выделяются два подсемейства: уграндиты с R2+=Ca2+ и R3+=(Al,Fe3+,Cr3+) и пиральспиты с R3+=Al и R2+=(Mg, Fe2+, Mn2+). В кристаллической структуре граната изолированные тетраэдры {SiO4}4- связанны вершинами с октаэдрами R3+ - катионов и рёбрами с восьмивершинниками R2+- полиэдров, образуя каркасный мотив.

Сингония кубическая. Обычно встречаются в хорошо выраженных кристаллах - ромбододекаэдрах и тетрагон - триоктаэдрах или комбинациях этих форм. Кроме - того, образуют сплошные зернистые и сливные массы.

Цвет различный. Блеск стеклянный. Очень характерны высокая твёрдость (7-8) и отсутствие спайности. Плотность изменяется в связи с составом от 3,4 до 4,3.

Уграндиты (кальциевые гранаты) Ca3R3+2[SiO4]3.

Гроссуляр Ca3Al2[Sio4]3. Цвет светло - зелёный, красноватый или зеленовато - бурый. Характерен для контактов с известняками (скарнов).

Андрандит Ca3Fe2[SiO4]3. Цвет бурый до чёрного, красный, зеленовато - бурый. Встречаются также в скарнах, реже в сланцах и других породах. Демантоид - прозрачная разновидность андратита зелёного цвета (1,5% Cr2O3), Является драгоценным камнем (в россыпях Нижнетагильского района на Урале). Меланит - андрадит чёрного цвета, обогащен титаном.

Уваровит Ca3Cr2[SiO4]3. Цвет изумрудно - зелёный. Образует мелкокристаллические корочки на хромите. Редкий. Хорошие образцы известны из Сарановского месторождения хромита на Северном Урале.

Пиральспиты (алюмогранаты) R2+3Al2[SiO4]3.

Альмандин Fe3Al2[SiO4]3. Цвет красный, коричневый, фиолетовый. Самый распространённый из гранатов. Обычен в кристаллических сланцах и гнейсах.

Спессартин Mn3Al2[SiO4]3. Цвет розовый, красный, желтовато-бурый. Встречается в пегматитах и кристаллических сланцах (Восточная Сибирь, Карелия).

Пироп Mg3Al2[SiO4]3. Цвет тёмно-красный. Находится в ультраосновных породах, богатых магнием, и продуктах их разрушения. Характерен для алмазоносных пород (кимберлитов) Якутии и ЮАР.

Происхождение:

Метаморфическое. Гранаты широко распространены и особенно характерны для метаморфических пород - кристаллических сланцев и гнейсов. В кристаллических сланцах гранаты, главным образом альмандин и спессартин, являются породообразующими минералами наряду со слюдами, дистеном и др. (слюдяно-гранатовые и другие сланцы). Эти породы известны в Восточной Сибири, Карелии, а также на Урале.

Контактово-метосоматическое. Для контактов с известняками характерны гроссуляр и андрадит. В скарнах гранат встречается совместно с салитом, геденбергитом, везувианом, эпидотом, шеелитом, магнетитом, сульфидами железа, меди, свинца и цинка. Скарны, в которых гранат является главным породообразующим минералом, известны в Средней Азии, на Северном Кавказе, в Хакасии, Восточном Саяне и в других местах.

Магматическое. В кимберлитах гранат представлен пиропом. Гранаты встречаются также в гранитах и пегматитовых жилах. При выветривании гранаты как химически стойкие минералы переходят в россыпи.

2.Типы алмазоносных пород.

Алмаз обнаружен в некоторых типах железных метеоритов. Его происхождение интерпретируется двояко. Одни из исследователей связывают генезис алмаза как следствие происхождения метеоритов из глубоких недр, из областей высоких давлений достаточно крупных тел; другие считают, что образование алмаза в метеоритах происходит в результате воздействия ударной волны при падении метеорита. Алмаз в железных метеоритах, а традиционный источник алмазов в земной коре - кимберлитовые и лапроитовые ассоциации. Сравнительно недавно алмаз был найден в породах метаморфических комплексов. Вначале в Кокчетавском комплексе в России, затем в Китае и Норвегии. Акцессорные алмазы установлены визуально, с проверкой рентгенометрическими методами в виде включений в незональных гранатах из гранат - биотитовых гнейсов одного из метаморфических комплексов. Средний размер алмазов 11,5 - 3,2 мкм (n=79). Большинство кристаллов - кубоктаэдры с различным соотношением граней октаэдра и куба. Гранаты, включающие минералы углерода, характеризуются пониженной железистостью (58.1 и 60.9 мол. %) и повышенной кальциевостью (28,8 и 25,5 мол. %), что сближает их с составом гранатов из эклогитов гнейсовых комплексов. Подавляющая масса гнейсов, карбонатно-силикатных и пироксен - гранатовых пород сформировалось в интервале температур 400 - 900. Неравномерный характер распределения алмаза и графита, изометричный облик кристаллов, отсутствие следов деформации у минералов, выполняющих роль подложки, позволяет высказать предположение о кристаллизации алмаза и графита из флюидной фазы в статических условиях при давлениях не менее 35 - 40 кбар (Шацкий, 1987).

Происхождение алмаза в метаморфических комплексах земной коры и природа алмазоносных пород - наиболее важно для изучения алмаза. Для этого необходимо изучить сопутствующие ему минералы. Гранат - всегда ассоциирует с алмазом. Он - один из наиболее информативных минералов ассоциирует с гексагональной модификацией - лонсдейлитом, что является одним из аргументов в пользу ударного происхождения алмаза. Это объяснение возникло по аналогии с ударными метеоритными кратерами, в которых образование лонсдейлита связывается с ударными воздействиями. Этот довод подтверждается экспериментами по получению алмаза взрывным методом, при которых в ассоциации с алмазом получают лонсдейлит, фиксирующий режим быстрой кристаллизации алмазного вещества. Об ударном происхождении алмаза свидетельствует и характер распределения алмаза в метеоритах. Так, при изучении железного метеорита Каньон Дьябло алмаз обнаружен не во всех образцах, а в тех, которые находились на валу метеоритного кратера и имели признаки кратковременного нагрева при воздействии сильного удара. Известны находки алмаза в каменных метеоритах, сделанные М.В.Ерофеевым в 1978г. при изучении углекислого пироксен-оливинового ахондрита Новый Урей. Такие метеориты в последствии получили название урелиты. Находки алмаза в них в тесной ассоциации с лонсдейлитом и без него указывают на возможность образования алмаза в достаточно крупных планетарных телах. Алмаз во всех урелитах совместно с графитом приурочен к железной их фазе и располагается между зёрнами оливина, как бы цементируя их. При этом алмаз подвергается более позднему замещению графитом и углекислым веществом. Текстурно-структурные взаимоотношения алмаза и оливина, при которых алмаз, тяготеющий к межзерновому пространству оливина и к прожилкам, будинируется подвергается более позднему воздействию железа (комасита), по мнению П.Рамдора, противоречат гипотезе импактного (ударного) генезиса алмаза в метеоритах.

Метеориты и импактиты.

Импактитами названы особые породы, которые формируются при воздействии на Землю космического (метеоритного) вещества, Впервые алмазы в импактитах найдены В.Л.Масайтисом в гигантском кратере попигайской структуры. Алмаз из импактитов представляет собой мелкие неправильной формы мутноватые зёрна, имеющие облик обломков, Во всех зёрнах алмаза импактного происхождения обнаруживается гексагональная модификация углерода - лонсдейлит. Очевидно, что алмаз в импактитах образуется одновременно с этими породами при взаимодействии высоких температур и давлений, возникших в углеродосодержащих породах Земли.

Поверхность планет Солнечной Системы нередко сплошь покрыта ударными кратерами, которые также называют астроблемами. Ударные кратеры представляют собой кольцевые впадины с центральными поднятиями, окружённых валами. Эти валы образовались в результате выброса материала при ударах. Метеоритное вещество находится в кратерах в виде обломков железных метеоритов и никель-железных шариков. При падении метеоритов со скоростью более 4 км/с. ударная волна создаёт быстрый подъём давления и температуры, что вызывает преобразование окружающих пород, в которых происходят твёрдофазовые переходы минералов, пластические деформации, плавление и испарение вещества. Эти изменения являются следствием импактного метаморфизма, признаки которого отражаются на структурных особенностях минералов (появление двойников, образование минеральных фаз высокого давления: стишовита и коэсита - полиморфных модификаций SiO2).

Ударный метаморфизм как причина образования астроблем в настоящее время доказан вполне определённо. Однако в некоторых случаях возникновение кольцевых структур не удаётся однозначно интерпретировать. Кольцевые структуры, устанавливаемые на поверхности Земли, Луны и других планет могут представлять собой вулканические кальдеры или другие депрессии (особенно если прослеживается контроль в их размещении протяжёнными линейными зонами). Пока остаётся неясным, в какой мере взрывные явления, сопровождающие вулканизм, могут имитировать проявления ударного метаморфизма. Многие астроблемы представляют структуры, к которым приурочены магматические проявления, однако характер связи их с ударным метаморфизмом недостаточно изучен. Яркий пример этому - гигантский медно-никеленосный лополит Себбери в Канаде, приуроченный к структуре эллипсоидной формы. Происхождение сферул - железо-никелевых шариков, которые до последних лет рассматривались как осколки метеоритов, некоторыми учёными в настоящее время связывается с процессами вулканической деятельности.

Алмазоносные породы кимберлитов и лампроитов.

Алмаз в кимберлитах встречается в ксенолитах алмазоносных пород: пироповых перидотитах и эклогитах. Эти глубинные породы и рассматриваются большинством исследователей как материнские для алмаза. Однако содержание таких алмазоносных ксенолитов, а, следовательно, и алмаза, извлекаемого из них ничтожно мало по сравнению с содержанием алмазов, которые образуют отдельные кристаллы или сростки в самой кимберлитовой породе. Кристаллы алмаза в кимберлитах существенно варьируют по размерам от мельчайших до кристаллов весом в несколько сот граммов. Так, самый крупный в мире кристалл алмаза "Куллинан" весит 621,2 г. - или 3106 карат. Однако мелкие кристаллы в кимберлитовых породах резко преобладают, и обычно на фабриках извлекаются алмазы размером 0,5-1 мм и выше.

Алмаз в кимберлитах встречается в виде хорошо образованных кристаллов октаэдрической, кубической и додекаэдрической форм, с преобладанием кристаллов октаэдрического габитуса. Иногда встречаются поликристаллические формы кристаллизации алмаза: балласы (сферолиты с радиально-лучистым строением), борт (ясно-зернистый агрегат, состоящий из многочисленных хорошо огранённых мелких кристалликов более или менее одинакового размера, сростки напоминают желвакоподобные друзы мелких кристалликов), карбонадо (скрытокристаллические или мелкозернистые образования неправильной формы или обломки с более или менее округлыми кромками и углами). В некоторых кристаллах алмаза наблюдаются тонкодисперсные включения графита. Включения лонсдейлита для алмаза из кимберлитов не характерны, что, наряду с кристалломорфологическими особенностями кристаллов, отличает алмаз из кимберлитов от ранее рассмотренных генетических типов этого минерала. Кимберлиты представляют один из основных коренных источников промышленных алмазов. Кимберлиты обычно встречаются в трубках, дайках и силлах. Несмотря на небольшую распространённость кимберлитов, относительно других типов магматических пород, они привлекали и привлекают многих исследователей. Такое пристальное внимание к кимберлитам, безусловно, связано с высокой практической значимостью этих пород. Кроме того, "корни" кимберлитовых трубок уходят в глубины земной коры, а возможно, и мантии. Кимберлитовые магмы, зарождаясь в глубинных зонах Земли, выносят ксенолиты глубинных ультраосновных и основных пород с различных уровней. Эти ксенолиты несут уникальную информацию о глубинном строении Земли. Изучая эти ксенолиты, вынесенные кимберлитовой магмой из глубин Земли, можно реконструировать строение верхней мантии и земной коры в районе развития диатрем.

Минералогическая проблематика кимберлитов обширна. Так, изучение распределения алмаза и других минералов - спутников (гранатов, хромшпинелидов, сульфидов) в кимберлитовых телах необходимо для решения ряда технологических вопросов при извлечении алмаза, содержание которого в промышленно-эксплуатируемых трубках составляет не более стотысячных долей процента от массы породы (0,2-1,5 карат на тонну). Известно, что не все кимберлитовые трубки продуктивны. Количество кимберлитовых тел с промышленным содержанием алмазов составляет не более 2% от общего числа открытых трубок. Из кимберлитов попутно можно добывать и прекрасные самоцветы: циркон-глацти, гранат-пироп, оливин-хризолит, да и саму кимберлитовую массу можно использовать в производстве строительных материалов.

Лапроиты - ультраосновные породы, существенно обогащенные калием, обнаружены в районе Западного Кимберли, в Западной Австралии. Они содержат алмаз. Особенно богаты алмазом оливиновые лапроиты, тогда как другая разновидность лапроитов - лейцитовые лапроиты - содержит редкие кристаллы алмаза. Промышленное опробование лапроитовых пород выполнено в 1983г. Оно показало, что лапроиты представляют новый источник промышленных алмазов, в том числе и кристаллов ювелирного качества. Так, в разрабатываемой трубке Аргайл, сложенной оливиновыми лапроитами, содержания алмаза высоки и составляют в среднем 5 карат на тонну. Алмаз из лапроитов проявляет сходство по морфологическим особенностям и по набору включений с алмазом из кимберлитов. Как и в алмазе из кимберлитов, среди кристаллов алмаза октаэдрического габитуса из лапроитов выделяются два парагенезиса: ультраосновной с характерными включениями хромита, лилового пиропа, изумрудного хромдиопсида, оливина и эклогитовой - с включениями оранжевого граната пироп-альмандинового ряда, бледно-зелёного омфацита. По современным представлениям алмаз в лапроитах, как и в кимберлитах, является ксенокристаллом. Лапроитовая магма, как и кимберлитовая, рассматривается как <транспортёр> при доставке алмаза из глубинных зон Земли к поверхности. В настоящее время актуальна проблема взаимосвязи лапроитов и кимберлитов. Поскольку трубки оливиновых и лейцитовых лапроитов обнаружены в том же районе Кимберли, где уже давно были известны типичные кимберлитовые трубки, дайки, силлы. Петрология и минералогия лапроитов - предмет интенсивных исследований, результаты которых будут способствовать решения ряда генетических проблем. Они позволят также разработать критерии поисков и оценки алмазоносных лапроитов в различных регионах мира и позволят прогнозировать находки этих тел на территории нашей страны.

Алмазоносные породы некимберлитового генезиса - (щелочно-базальтоидные, щелочно-ультраосновные и ультраосновные породы).

В 1939 г. В.С.Трофимов выделил в качестве источника алмаза некимберлитового генезиса ультраосновные породы Канады. На возможность такого источника алмаза указывал В.С.Соболев (1951), изучая геологию месторождений Африки, Австралии и Северной Америки. В связи с развитием методов извлечения мелких кристаллов алмаза размером до 15-20 мкм, не улавливаемых прежними методами, появилась возможность обнаружить алмаз в эклогитах, гранатах, перидотитах, пикритах, базальтах и диабазах. Размеры кристаллов алмаза, извлечённого из этих пород, обычно не превышает 20-100 мкм, редко до 0,5 мм. Форма обычно кубическая, реже октаэдрическая. Эти находки алмаза, многими из исследователей, стоящих на позициях мантийного образования алмаза, связываются с глубинными условиями формирования базитов, ультрабазитов и эклогитов. Однако ряд учёных указывают на возможность образования алмаза при довольно низких термодинамических параметрах, привлекая для объяснения находок алмаза возможность его образования в условиях метастабильного роста (Никольский, 1981). Некоторые учёные указывают на возможность кристаллизации алмаза при довольно низких РТ-параметрах, основываясь на физико-химической модели образования алмаза в неравновесной открытой системе при каталитическом участии отдельных элементов.

Говоря об алмазе некимберлитового генезиса необходимо указывать на находки псевдоморфоз графита по алмазу в расслоенном мафитультрамафитовом плутоне Бени-Бушера, Марокко. Псевдоморфозы графита достигают размера до 5 мм. При этом графит наследует высокобарные минеральные рудные и силикатные включения в алмазе (пироп, хромит, хромдиопсид, пикроильменит, оранжевые гранаты пироп-альмандинового ряда). В литературе описаны также находки алмаза в орогенных ультраосновных массивах невулканической природы, а также в офиолитах. Генезис алмаза в этих породах дунит-гарбуцит-лерцолитовой серии связывается со значительными тектоническими подвижками, при которых породы подвергаются воздействию высоких давлений. Обнаружение алмаза в перидотитах и эклогитах явилось одной из причин, приведших к сомнению в мантийном генезисе, ксенолитов глубинных включений ультраосновных и основных пород, встречающихся в кимберлитовых трубках.

Алмазоносные породы метаморфических комплексов.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--