|
УДК 552.323.6 О некоторых аспектах проблемы кимберлитового магматизмаГ.Н. Шаров (ПГО «Запсибгеология») (Сов. Геология, № 5. 1988, с. 84-89) Особый интерес к изучению кимберлитового магматизма определяется не только приуроченностью к кимберли-товым трубкам промышленных месторождений алмазов, но и тем, что ким-берлитовые тела несут информацию о глубинных процессах, непосредственное изучение которых невозможно. В разработку теоретических основ кимберлитового магматизма, геологии алмаза большой вклад внесли советские ученые: В. С. Соболев и Н. В. Соболев, Н. В. Черский, В. В. Ковальский, Б. М. Владимиров, С. М. Костровицкий, В. А. Милашев, В. С. Трофимов [2, 5, 6, 8, 12, 13] и многие другие, а также зарубежные геологи, среди новых публикаций которых особо следует выделить монографию Дж. Доусона [4]. В последнее время в геологии и смежных науках появились принципиально новые данные об эволюции Земли как космического тела, о ее дегазации, о конвекции в мантии; развивается учение о тектонике плит, открыты промышленные месторождения алмазов в лампроитах, установлены другие некимберлитовые источники алмазов. Вместе с тем общеизвестная пространственная близость областей кимберлитового и траппового магматизма, пространственное совпадение алмазоносной и нефтегазоносной провинций на Сибирской платформе не нашли отражения в исследованиях последних лет. Новые данные в сочетании с богатейшим накопленным материалом позволяют вернуться к рассмотрению некоторых аспектов этой проблемы. Приуроченность кимберлитовых тел преимущественно к платформам признается практически всеми исследователями. Именно сопоставление геологического строения Африканской и Сибирской платформ позволило в свое время В. С. Соболеву прогнозировать алмазоносность последней. Открытие кимберлитов на других платформах лишь подтвердило это положение. И все же мнение о развитии кимберлитового магматизма только в пределах платформ (кратонов) вызывает сомнение. Важны не сами понятия платформы, кратона, а условия, при которых протекают глубинные процессы под достаточно мощной в слабопроницаемой коровой покрышкой. Вероятно, подобные условия могут создавать-ся и в других геологических ситуациях. По-видимому, имеются граничные взаимосвязанные значения мощности и проницаемости коровой покрышки. вне которых кимберлитовый магматизм либо подобный ему по своему механизму невозможны. В. А. Милашев [8], рассматривая «кимберлитовый вулканизм» как явление, характерное лишь для кратонов, объясняет этот феномен спецификой эволюции верхней мантии под платформенными областями планеты. Это соответствует распространенному мнению (Дж. Доусон [4] и др.) о нахождении под кратонами обширной зоны мантии, истощенной вследствие выноса из нее значительного количества материала в земную кору во время многочисленных фаз вулканической активности. Такой подход практиччески исключает из круга вопросов, рассматриваемых при изучении природы кимберлитового магматизма, конвекцию мантийного вещества и тектонику плит, что трудно сделать на современном этапе изучения Земли. Однако В. А. Милашев [8] продвигается далее, увязывая кимберлитообразование с конвективными течениями, в ходе развития которых, как он считает, огромные массы разогревшегося и разуплотнивегося субстрата всплывают к подножию земной коры, где возникают гигантские линзы глубинного вещества, в том числе и под подошвой земной коры. Он делает далеко идущий вывод о неслучайности проявлений интенсивного траппового магматизма на Сибирской платформе вслед за кимберлитовым вулканизмом. Одним из сложнейших является вопрос о месте и условиях зарождения магмы, которую можно назвать протокимберлитовой. Ее существование и эволюцию признают все исследователи, независимо от признания или отрицания промежуточных очагов ким-берлитовой магмы. Л. Н. Леонтьев и А. А. Каденский [7] еще в 1957 г. предполагали наличие промежуточных очагов кимберлитовой магмы и прорывов трубок из них. Позднее у идеи промежуточных очагов появилось значительное число как сторонников, так и противников. Различные исследователи считают, что протокимберлитовая магма формируется в интервале от 600 км до границы мантии и коры, а для Сибирской платформы на глубине около 40 км. Предлагаемый механизм продвижения протокимберлитовой магмы к нижней границе коры различен, но, как правило, подразумевает определенную статичность мантии под кратонами. Априорно признавая конвекцию вещества мантии, учитывая большую длительность подъема протокимберлитовой магмы, можно предположить, что такое продвижение массы расплава над зоной погружения вещества мантии в конвекционной ячейке нереально, над зоной пластического субгоризонтального течения вещества в конвекционной ячейке — маловероятно, над зоной восходящего тока — вероятно. В таком случае, необходимо признать положение каждой кимберлитовой провинции в период ее активного развития над восходящим потоком конвекции. Описанная автором [3] Западно-Якутская структура и наиболее выраженная на космических снимках [1] ее часть — Айхальский геокон напоминают диапировые структуры мантийного происхождения Сибирской платформы. Западно-Якутская кольцевая структура очертаниями близка к алмазоносной провинции, но не более. Анализируя закономерности размещения кимберлитов, В. А. Милашев [8] выделяет как весьма оригинальную точку зрения У. Шарпа (1974 г.), согласно которой внедрение кимберлитов является прямым следствием тектоники плит и связано с активностью на самых глубоких горизонтах подвижных плит. На наш взгляд, это заслуживает пристального внимания, но цепочку причин и следствий следует удлинить, поставив в один ряд конвекцию мантийного вещества — тектонику плит — кимберлитовый (и трапповый) магматизм. Конвекция мантийного вещества, являясь глобальной и имея глубину, во много раз превышающую мощность коровых плит, служит причиной их перемещения. Пока плита перемещается вместе с субгоризонтальным током пластичного вещества в верхней части конвекционной ячейки, крупных геологических коллизий не происходит. Но когда плита встречает жесткий упор или перемещающуюся навстречу плиту, горизонтальные напряжения на ее нижней поверхности неизбежно и многократно возрастают. Если первая из них представлена молодой корой, то происходит ее скучивание с частичным выплавлением на нижней границе плиты базитовых магм, сокращением площади плиты и увеличением ее мощности за счет субгоризонтального перемещения слоев в нижних частях разреза и коробления — в верхних. Далее, разрядка напряжений ведет к внутрикоровому анатексису с образованием пород гранитоидного ряда и к завершающему складкообразованию, что в общем виде не противоречит принятому представлению о развитии магматизма и складкообразования в геосинклинальном процессе. В случае, если плита представлена древней платформой, не поддающейся скучиванию, разрядка напряжений на ее нижней границе сопровождается плавлением пластичного субгоризонтально движущегося вещества верхней мантии и, вероятно, частично базифицируемых пород нижних частей коры. В этом случае по расплавленному слою проходит граница движущихся с разной скоростью вещества мантии в конвекционном потоке и плиты. Легко видеть, что при глобальном развитии конвекции в мантии поля напряжений такого характера будут распространены также в глобальном масштабе, образуя мозаику, но на более или менее одних уровнях, независимо от субстрата. Такие уровни, по-видимому, могут являться геофизическими границами типа поверхностей Мохоровичича или Конрада, не совпадающими с границами литолого-петрографических разностей пород, что подтверждено Кольской сверхглубокой свкажиной. Расплавленное вещество на границе коры и мантии будет увлекаться в направлении движения конвекционного потока, где излияния магм базитового (траппового) состава будут наиболее интенсивны (запад Сибирской платформы). Базификации на границе коры и мантии и плавлению могут подвергаться различные породы корового происхождения, например гнейсы и кристаллические сланцы, железистые кварциты, или карбонатные породы, в том числе с органическим веществом. При расплавлении мантийного вещества неизбежно происходит его усиленная дегазация и магмы смешанного состава на нижней границе коры обогащаются летучими, в том числе углеводородными, соединениями, образуя протокимберлитовую магму. В. С. Трофимов [13] на основе изучения субмикроскопических включений в алмазах ряда трубок ЮАР делает вывод о том, что первичный очаг протокимберлитовой магмы располагался в области основного анатексиса в пределах верхней мантии или в нижних частях коры, что подтверждает правомочность приведенных выше построений. Причины основного анатексиса В. С. Трофимов не разбирает. А. М. Портнов [11] допускает скопление на границе кора—мантия флюидов водородно-метанового состава, обладающих огромной выталкивающей силой. Это предположение также не противоречит приведенным выше построениям и представлениям о дегазации Земли и ее углеводородном дыхании. Таким образом, на нижней границе коры могут образовываться очаги магм смешанного состава, большое количество летучих в которых обусловливает избыточное давление. В очагах могут находиться мелкие алмазы, образовавшиеся при базификации содержащих органику коровых пород, что при постоянном подтоке углеродсодержащих газов может создать условия для роста алмазов. Сформировавшиеся (как например, в полубазифицированных породах Казахстана) шлиры эклогитов, возможно, являются прообразом эклогитовых ксенолитов, транспортируемых кимберлитовой магмой. Следует учесть, что от образования эклогитов в начале процесса базификации до образования кимберлитовых трубок проходит большое количество времени. Так, В. А. Милашев [8] только длительность формирования кимберлитовой провинции по разнице возрастов кимберлитов в ее центре и на периферии оценивает в 250 млн. лет. Поэтому разница в абсолютном возрасте кимебрлитов и эклогитовых ксенолитов смущать не должна. Вопрос об источнике
углерода, подток которого обеспечивает рост алмазов,
является одним из наиболее спорных. В. С. Соболев [12] считал таким
источником углерода ювенильную
углекислоту, присутствующую в области роста алмазов в связи с обилием
свободного водорода и ювенильных
углеводородов. В этой обстановке, по
его мнению, могла протекать реакция
Будуара: Насыщенность протокимберлитовых магм летучими компонентами обусловливает их большую активность. Используя неизбежно существующие в коре более проницаемые зоны, эти магмы прорываются к поверхности, теряя летучие компоненты, ассимилируя боковые породы, транспортируя продолжающие изменяться алмазы в ксенолиты глубинных пород, трансформируясь в собственно кимберлитовую магму. Форма и строение каждой кимберлитовой трубки индивидуальны, хотя все они имеют типичные черты. Очертания выхода трубки на поверхность близки к кругу. Особенности геологического строения прорываемых близкоповерхностных слоев (наличие дизъюнктивных нарушений, зон трещиноватости, сланцеватости) влияют на очертания выхода на поверхность и на саму форму чашеобразного расширения трубки. С глубиной, ниже основания чаши, это влияние становится все менее отчетливым, сечение трубки все более приближается к кругу, овалу, пока не начинается переход трубки в дайку, когда отношение длинной и короткой оси резко возрастает. Трубки, имеющие на поверхности экструзивные образования (валы, небольшие лавовые потоки), крайне редки, но можно предположить, что эти формы были типичными. Для трубок характерно наличие в них ксенолитов прорываемых пород, которые расположены на сотни метров глубже их естественного залегания, в чашеобразных расширениях нередки стратифицированные сортированные отложения, которые иногда удается датировать по микрофауне и флоре. В трубках содержатся и ксенолиты глубинного происхождения. Формирование трубок происходит в одну или несколько фаз. Кимберлиты разных фаз отличаются друг от друга по составу и алмазоносности. Сами трубки алмазоносны в различной степени. В отдельных случаях две-три трубки сливаются у поверхности, имея разобщенные корни, но никогда из одного корня не образуются разрозненные трубки. Корни соединяющихся трубок обычно располагаются цепочкой, предположительно вдоль одной трещины. Иногда трубки соединяются дайками, нередко одна из соединенных трубок, обычно меньшая по размерам, оказывается «слепой». Рассматривая трубку как тело, по вертикали состоящее из трех частей (нижней — подводящего канала, средней — диатремовой и верхней — кратерной), и исходя из того, что продвижение магмы происходило в условиях большой насыщенности газами, проанализируем следующие положения. Насыщенность газами кимберлитовой магмы в каждом конкретном случае была неодинаковой, объем внедрившейся головной порции магмы также был различным. Следовательно, объем растворенной в данной колонке кимберлитовой магмы газов зависел от насыщенности им кимберлитовой магмы и от ее объема. Скорость продвижения магмы в подводящем канале от этих параметров не зависела, а была функцией давления в генерирующем очаге протокимберлитовой магмы, которое должно было быть достаточным для «впрыскивания» ее в кору по наиболее проницаемым направлениям. Зарождение диатремы происходило в точке, где начиналась дегазация магмы, сопровождавшаяся общим увеличением объема внедряемой массы. От начала диатремы движение к поверхности дегазируемой магмы приобретало ускорение, при этом максимум высвободившегося газа находился в голове колонны. Здесь давление на некотором участке становилось равным давлению покрывающей толщи и достаточным не только для продвижения вверх, но и для резкого расширения диатремы. Таким образом, благодаря усилению движущейся колонны, направленному вверх, возникали субконцентрические сколовые трещины и происходил выброс массы породы, находившейся в образованном ими конусовидном расширении, с формированием кратера. При этом происходила мгновенная разгрузка напряжений, вскипание еще неполностью дегазировавшейся магмы. Выброс был по силе подобен взрыву, но, как отмечал В. С. Соболев [12], не был настоящим взрывом, связанным с быстрым поднятием давления в какой-то магматической камере, а являлся прорывом земной коры при движении магмы, находящейся под очень большим давлением. Это положение сохраняется и по отношению к выбросу, приводящему к образованию кратера. Находящаяся в Лесото (Африканская платформа) кольцевая дайка является уникальной. Здесь кольцевые трещины были выполнены кимберлитом, через них прошла дегазация колонны, но силы газа оказалось недостаточно для выброса конуса породы в пространстве, оконтуренном кольцевыми трещинами. В иных случаях к остаткам пород конуса можно относить так называемые «плавающие рифы». Выброс, действуя реактивно, на короткое время замедлял движение нижележащего магмо-газового столба, но затем избыточное давление в подводящем канале вновь приводило к ускоренному продвижению вверх колонны с периодическими выбросами газа (но уже в открытой системе). Открытость системы способствовала бурной дегазации поднимающейся по подводящему каналу магмы на все большей глубине, а также соответствующему наращиванию диатремы вглубь при одновременном обтачивании ее стенок, эволюции канала от щелевидного к трубообразному [9]. Падающие после выброса обломки вмещающих пород не могли образовать фиксированного слоя, а распространялись в глубь диатремы, тяготея к ее стенкам, где скорость восходящего потока была меньше. Большинство исследователей, рассматривая диатрему как результат взрыва, естественно, не находят в ее основании взрывной камеры и не могут объяснить одновременный выброс всей породы, соответствующей объему диатремы и кратера. Формирование диатремы серией взрывов [6], все более приближающихся к поверхности, также маловероятно. По предлагаемой нами схеме диатрема формируется, расширяется, шлифуются ее стенки в процессе многократных выбросов газа уже в открытой системе. При прорыве слоистой карбонатно-терригенной толщи платформенного чехла форма кратера зависит от прочности неоднородных слоев, которые секутся сколовыми трещинами под разными углами. Поскольку наименее крепкими оказываются синхронные извержению рыхлые отложения, то при значительной их мощности верхние части кратера могут быть значительно расширены. В случае выхода подводящего канала или диатремы под мощные слабосцементированные отложения, как это имеет место в окраинных частях Вилюйской синеклизы, прорыв сквозь них осуществляет лишь газовый «пузырь», несущий мелкие «капли» кимберлитовой магмы и порфировидные выделения, в том числе отдельные кристаллы алмаза. В этом случае кратер практически сразу полностью заваливается, хотя и формируются валы. Вокруг кратера появляются ореолы вынесенного материала, но сама кимберлитовая магма до поверхности не доходит, образуя на глубине тела неясной конфигурации. Формирование диатремы в условиях платформенного чехла происходит с прорывом не «сухих» пород, а насыщенных рассолами коллекторов. Д. И. Павлов и др. [10] впервые рассматривают захороненные рассолы Сибирской платформы как возможный фактор преобразования первичных кимберлитов. Правильнее было бы говорить о взаимном влиянии, т. е. и о дегазации внедряющейся под большим давлением магмы с насыщением газами встречающихся на пути коллекторов. Исследования В. Л. Белецкого по поискам геохимических ореолов в коллекторах вокруг трубок не дали однозначных результатов. Если учесть, что газы кимберлитовых магм, насыщавшие под давлением коллекторы, имели тот же состав, что и газы нефтегазоносной провинции, отсутствие ореолов окажется закономерным. Получает объяснение повышение уровня газоносности в пределах нефтегазоносной провинции вблизи кимберлитовых полей и отдельных трубок (по сообщению А. Р. Кусова). Особое значение приобретает характер дислоцированности платформенного чехла в месте прорыва. В замковых частях синклинальных структур газ будет уходить по коллекторам вверх от диатремы интенсивнее, чем при прорыве в замковых частях антиклинальных структур, где он должен будет насыщать коллекторы сверху вниз. Во втором случае условия для прорыва магмо-газовой колонны более благоприятны. При очень высокой приемистости коллекторов можно ожидать столь сильную миграцию в них газов, что трубка не прорвет толщу вышележащих пород и останется «слепой». Давление газа в голове колонны в этом случае будет выравниваться с давлением во вмещающей толще в течение длительного времени. «Слепые» трубки могут образовываться и при параллельном развитии двух трубок, связанных проницаемым каналом. При выходе на поверхность одной из них. газовая составляющая из головной части второй по каналу уйдет в диатрему первой, т.е. система тоже станет открытой и в дальнейшем развитие второй трубки вверх прекратится. Как известно, при медленном остывании алмазосодержащей магмы алмаз переходит в графит. Из приведенной схемы образования кимберлитовых трубок видно, что медленному остыванию подвергаются первые порции алмазосодержащей магматической колонны, поступающие до формирования кратера. Поэтому одноактные трубки со слабосформированной диатремой неалмазоносны или, во всяком случае, слабоалмазоносны. Магма, заполняющая подводящий канал на последних стадиях формирования трубки, также остывает меделенно, алмазы здесь также графитизируются. Быстрый вынос алмазов и быстрое остывание магмы происходят лишь в период интенсивного формирования диатремы, когда внедрение порций магмы сопровождается неоднократными выбросами газов в открытой системе. Предлагаемые решения сложных вопросов кимберлитообразования и формирования кимебрлитовых трубок не охватывают всех аспектов проблемы и в значительной мере дискуссионны, но позволяют определить новые направления в ее исследовании. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Биланенко В. А., Шаров Г. H., Ян-Жин-Шин В. А. Космофототектоническая карта Якутской АССР // Исследование Земли из Космоса. 1982. № 1. С. 25—31. 2. Васильев В. Г., Ковальский В. В., Черский Н. В. Происхождение алмазов.— М.: Недра. 1968. 3. Геолого-геофизическая интерпретация результатов дешифрирования телевизионных космических снимков Якутии / Г. Н. Шаров, B. А. Ян-Жин-Шин, Г. Д. Балакшин, И. Г. Волкодав // Тектоника восточной части Сибирской платформы. Якутск, 1979. C. 17—23. 4. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них.—М.: Мир, 1983. 5. Классификация кимберлитов и внутреннее строение кимберлитовых трубок / Б. М. Владимиров, С. И. Костровицкий, Л. В. Соловьева и др.— М.: Наука, 1981. 6. Костровицкий С. И. Физические условия, гидравлика и кинематика заполнения кимберлитовых трубок.— Новосибирск: Наука, 1976. 7. Леонтьев Л. Н., Каденский А. А. О природе кимберлитовых трубок Якутии // Докл. АН СССР. 1957. Т. 117. № 2. С. 368—371. 8. Милашев В. А. Трубки взрыва.— Л.: Недра, 1984. 9. Новиков Л. А., Слободской Р. М. Механизм формирования диатрем // Сов. геология, 1978. № 8. С. 3—14. 10. Павлов Д. И., Илупин И. П., Горбачева С. А. Захороненные рассолы Сибирской платформы как возможный фактор преобразования первичного состава кимберли-тов // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1985. № 3. С. 44—53. 11. Портнов Л. М. Флюидный диапиризм и генезис алмазов в кимберлитах // Бюлл. МОИП отд. геол.
1984. Т. 59. Вып. 6. 12. Соболев В. С. Условия образования месторождений алмазов // Геология и геофизика. 1960. № 1. С. 7—22. 13. Трофимов В. С. Геология месторождений природных алмазов.—М.: Недра, 1980. | ||