Мезозойская активизация алмазоносных кимберлитовых трубок

УДК 553.81:551.76 (68)
З.А. Бекмухаметова, А.Б. Диаров
КазНТУ
МЕЗОЗОЙСКАЯ АКТИВИЗАЦИЯ АЛМАЗОНОСНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ
ТРУБОК ВЗРЫВА КААПВААЛЬСКОГО КРАТОНА В ЮЖНОЙ АФРИКЕ
Мезозойдағы ежелгі Кааваал крато нының металлогениялық даму ерекшелігі,
кимберлитті магматизмнің қарқынды пайда болуы жəне оның алмазды екендігі
қаралған.
The features of the Caapvaal ancient craton kimberlite magmatism and connected with it
diamondferous posibilites are described.
Настоящая статья является продолжением трех предыдущих публикаций по
особенностям металлогении Каапваальского древнейшего кратона ЮАР [6–8]. В них
сделана попытка вскрыть главные причины, приведшие к накоплению в пределах
небольшой площади кратона уникальных концентраций руд месторождений черных,
цветных, редких и благородных металлов [6, 7, 10, 11, 14, 15], чтобы использовать их при
оценке подобных месторождений Казахстана. Особенно уникальные данные связаны с
ювелирными алмазами кимберлитовых трубок взрыва Южной Африки, на примере
которых были открыты аналогичные месторождения в других регионах Мира. Для
объяснения образования рудного супергиганта Земли нами введено понятие о
тектономагмопаре как «симбиозе» геодинамических, тафрогенных, магматических и
рудных процессов, претерпевших в докембрии двойную тектоно-магматическую
активизацию (ТМА) Каапваальского кратона и приведших к возникновению необычайно
разнообразных и масштабных рудных объектов. Важнейшее значение при этом отведено
тафрогенезу и формированию двух континентальных впадин – Витватерсрандской
(позднеархейской) и Трансваальской (Бушвельдской) в протерозое. Граница между ними
приходится на неоднократно подновленную зону глубинного разлома Барбертон,
определяющую пространственное положение одноименного архейского зеленокаменного
пояса (золото-поликомпонентной металлогенической зоны) и совмещенную с градиентом
поля силы тяжести [7, 8, 12]. Гравитационная ступень вызвана крупноамплитудным
глубинным сбросом южного (Витватерсрандского) блока континентальной коры с
соответствующим смещением поверхности Мохо [8]. Такая аномальность глубинного
строения земной коры (ЗК) предопределила длительность активного тектономагматического развития кратона: от 3,6 млрд. лет (время заложения зеленокаменного
пояса Барбертон) по мезозой включительно. На фоне растянутой во времени многоактной
докембрийской палеозойской активизации весьма специфично, контрастно и на
качественно ином уровне проявляется мезозойская ТМА.
Самая примечательная особенность металлогенического развития Каапваальского
кратона в мезозое – это интенсивное проявление эруптивно-эксплозивных процессов,
кимберлитового магматизма и связанных с ними месторождений ювелирных алмазов [9–
15].
Начало (зарождение) кимберлитового магматизма относится к докембрию (трубка
Премьер вблизи Претории) – 1750 млн. лет. Здесь алмазоносные кимберлиты
пространственно ассоцируют с нефелиновыми сиенитами, трахитами и карбонатитами.
Для кимберлитовых трубок района Свазиленд установлен пермский возраст. Но
подавляющее большинство кимберлитовых диатрем прорывает отложения палеомезозойского платформенного чехла (система Карру) и является постюрским. Радиогеохронологические определения абсолютного возраста свидетельствуют о многоактном
внедрении кимберлитов с максимумами поэтапного роста трубок взрыва на рубежах 140,
120 и 80 млн. лет [9, 10, 13].
Самая богатая из алмазоносных провинций – Капская – площадь наиболее
компактного расположения алмазоносных кимберлитовых диатрем. В региональном
плане она тяготеет к южной периферической части кратона Каапвааль, перекрытой
верхнекаменноугольно-меловыми отложениями синеклизы Карру (рис. 1). Из древнейших
комплексов, образующих фундамент кратона, выделены гранулито-гнейсово-сланцевая
система Кейс (3,3–2,7 млрд. лет), толща кварцитов, сланцев и конгломератов Витватерсранд (2,7–2,6 млрд. лет), осадочно-вулканогенная (миндалекаменные диабазы, лавы
кислого состава, осадочные породы) толща Вентерсдорп (2,6–2,3 млрд. лет), кварциты с
телами сиенитов и гранитов системы Ватерберг (2,3–1,6 млрд. лет). Отложения рифея и
венда в пределах провинции не установлены [10, 13].
Вмещающими для преобладающей части растущих диапировых кимберлитовых
трубок являются горизонтально залегающие отложения платформенного чехла Карру,
сформировавшиеся в период времени от верхнего карбона до ранней юры включительно.
Низы разреза представлены пестроцветными конгломерато-сланцевыми ледниковыми
слоями Двайка (С3). Их согласно перекрывает угленосно-сланцевая свита Экка (Р1). Ее
перекрывают гравелиты свиты Бофорт (Р2–Т1). Разрез венчают красноцветные песчаники
и глинистые сланцы свиты Стормберг (Т2) и молодая (рэт–лейас), толща темных
базальтовых и риолитовых лав Базутоленд (рис. 2).
Для выяснения специфики глубинного строения ЗК и факторов контроля
кимберлитового магматизма и связанной с ним алмазоносности в условиях Капской
провинции В.Н. Любецким [13] детально проанализирована гравиметрическая карта
алмазоносной территории в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2,67 г/см3. В
итоге им получена ценная информация о закономерностях размещения в пределах
рассматриваемой площади алмазоносных и неалмазоносных кимберлитовых тел (рис. 1).
Территория провинции и ее ближайшего обрамления характеризуется обширной
областью отрицательных гравиметрических аномалий от 60 до 180 мГл, что
свидетельствует о значительной зрелости и мощности древней сиалической коры. Тем не
менее природа отрицательных аномалий высокой интенсивности связана с разогревом
верхней мантии и снижением плотностных и упругих свойств ее пород [13]. Эти факторы
обусловлены рифтогенным типом развития долгоживущих структур восток-северовосточного и субмеридионального направлений. Область пересечения неоднократно
подновлявшихся внутриконтинентальных рифтов, трассируемых интенсивными
отрицательными аномалиями гравитационного поля Δg, предопределила высокую
проницаемость ЗК. В результате в «горячей точке» при мезозойской ТМА Каапваальского
кратона сформировалась высокопродуктивная Капская алмазоносная провинция, в
центральной части которой проявлен максимум алмазоносного кимберлитового
магматизма (рис. 1).
Свиты
Возраст
Состав
Базутоленд
Рэт-лейас
Стормберг
Т2
Бофорт
Р2-Т1
Экка
Р1
Двайка
С3
риолиты
базальты
базальты
песчаники
глинистые сланцы
гравелиты
аргиллиты
песчаники
гравелиты
угленосные слои
песчаники
глинистые сланцы
карбонатно-глинистые сланцы
тиллит
глинистые сланцы
Максимальная
мощность, м
?
2750
3600
3000
1175
Рис. 2. Стратиграфическая колонка системы Карру в пределах Капской провинции
(составлена авторами с использованием данных А. Дю Тойта)
По характеру гравитационного поля Капская провинция делится на две неравные
территории. Ее западная и южная части фиксируются относительно положительной, а
центр восточной части – отрицательной аномалией гравитационного поля (рис. 3).
Западная (положительная) аномалия в восточном и северо-восточном направлении
расщепляется на три ветви. Наиболее продуктивна Центральная ветвь, в которой
интенсивность в эпицентрах прерывистых аномалий достигает +20 мГл. Она включает
известнейшие рудные узлы Кимберли (все шесть кимберлитовых трубок алмазоносны),
Южный и Юго-Западный Кимберли (по три кимберлитовых трубки, из которых четыре
продуктивны), Кофифонтейн (четыре кимберлитовых трубки, из них две алмазоносны) и
Ягерсфонтейн (четыре алмазоносные трубки). К Центральной ветви с востока, в районе
Винбурга, примыкает изолированный локальный гравитационный максимум
интенсивностью до +10 мГл, характеризующийся узлом из 7-ми продуктивных трубок.
Северная ветвь прерывистых положительных аномалий (интенсивностью до +80 мГл),
простирающаяся от Постмасбурга до левобережья Вааль, состоит из четырех рудных
узлов, насчитывающих 22 кимберлитовые трубки, 10 из которых алмазоносны. К
западному флангу сплошной положительно аномальной Южной ветви (левобережье р.
Оранжевой) относятся два узла из восьми неалмазоносных трубок. Каждая из описанных
выше аномальных ветвей положительного гравитационного поля характеризуется разной
интенсивностью гравитации, но в целом они имеют повышенный уровень поля Δg,
обусловленный суммарным влиянием структуры и плотности метаморфизованных пород
фундамента гранулитовой фации, зеленокаменных поясов амфиболитовой фации и
интрузивными трубками кимберлитов [13].
Восточная часть Капской провинции отмечается единой, значительной по площади
отрицательной аномалией интенсивностью до –50 мГл с двумя эпицентрами в районе
Лесото и к западу от него. Аномалия имеет почти прямоугольную форму, в северной
части осложненную меридионально вытянутой положительной аномалией [13].
Кимберлитовый магматизм в восточной части провинции проявлен в нескольких узлах.
Два из них выражаются градиентной зоной между восточным эпицентром регионального
минимума Лесото и положительной аномалией к северу от него. Первый из узлов
включает восемь кимберлитовых трубок, половина из которых алмазоносны; второй – три
непродуктивные кимберлитовые трубки. С южной границей эпицентра Лесото совпадает
кимберлитовое поле из восьми неалмазоносных кимберлитовых трубок. Западному
эпицентру гравитационного минимума отвечают три узла: северный (две трубки, из них
одна продуктивна); центральный (четыре трубки, из которых одна алмазоносна); южный
(четыре неалмазоносные трубки). Стало быть, узлы кимберлитового магматизма
гравитационного минимума Лесото в меньшей мере рудоносны [13]. Пространственно
этот минимум охватывает систему Карру, т. е. промежуток времени между 320 и 150 млн.
лет (рис. 2).
После деятельности стормбергского вулканизма, по-видимому, в конце мелового
периода, ЗК здесь подверглась мощному эксплозивному воздействию с образованием
большого количества алмазоносных кимберлитовых жерловин, корнями уходящих в
угленосную свиту Экка. Однако, как правило, покров молодых рыхлых накоплений
значительно затрудняет поиски кимберлитовых трубок. Последние имеют отчетливую
тенденцию располагаться группами. Из подобных групп, помимо упомянутых выше,
можно назвать группы (рудные узлы) Бристауна, Сатерленда, Намакваленда, Восточного
Грикваленда, Претории и Гибсона [10]. Некоторые рудные узлы группируются в пояса
(зоны). Примером может служить зона в центральной части Капской провинции,
включающая, по мнению Дю Тойта, группы Беркли-Уэст–Кимберли–Кофифонтейн–
Ягерсфонтейн [10]. Пространственное положение этой зоны отвечает юго-восточному
изгибу Центральной положительной аномальной ветви, ориентиро-ванному параллельно
северной границе вулканического нагорья Базутоленд и господствующей направленности
«трендов» кимберлитовых диатрем в пределах отрицательной аномалии Лесото.
Диаметры кимберлитовых трубок колеблются в размере от 15 до 800 м (трубка
Премьер-Майн в Претории). Практически всегда с глубиной наблюдается сокращение
сечения трубок и в этом же направлении убывает их алмазоносность. В частности,
алмазоносные кимберлитовые диатремы, прослеженные горными разработками до
глубины свыше 1 км, с глубиной переходят в дайки (при этом резко снижается
содержание алмазов), либо в «сухие» тектонические трещины [18]. Обычно алмазоносные
трубки возникают при переходе из твердых докарруских пород фундамента в
относительно мягкие отложения платформенного чехла Карру. Из общего количества
выявленных трубок продуктивны не более 2 %.
Согласно современным представлениям, на природу алмазоносных кимберлитовых
трубок взрыва, сложенных пирокластами ультраосновных порфиритов, последние
представляют собой остаточные продукты длительных эруптивных процессов мантийного
вещества, контаминации и ассимиляции вмещающих пород и фракционирования углерода
[2, 3]. Кимберлиты трубок взрыва обычно цементируют эруптивные
брекчии,
содержащие обломки как чуждых (осадочных, метаморфических, гранитоидных и других
комплексов), так и родственных пород. При этом к акцессорным минералам кимберлитов
относятся, помимо алмаза, оливин, пироп, энстатит, диопсид, хромит, ильменит, шпинель,
магнетит, флогопит, апатит, графит и рутил.
Распределение алмазов в кимберлитовых телах от неравномерного к равномерному
с тенденцией уменьшения их концентраций с глубиной остается пока нерешенной
проблемой, как и их происхождение. К наиболее алмазоносным относятся кимберлиты с
низкими содержаниями окислов титана и калия, уменьшением концентраций глинозема,
но с повышенной хромистостью пиропа и диопсида [10]. Показателем зрелости
алмазоносных кимберлитовых трубок является рутил [16].
Из существующих многочисленных гипотез происхождения алмазов в кимберлитах
наиболее популярные: корового происхождения алмазов в результате ассимиляции
ультраосновной магмой углеродсодержащих вмещающих пород в момент их обрушения в
воронки взрыва кимберлитовых трубок; вынос алмазов из мантии при магматических
извержениях; кристаллизация алмазов в самой кимберлитовой магме совместно с другими
породообразующими и акцессорными минералами; формирование алмазов из подкоровых
флюидных потоков; образование алмазов в постмагматическую стадию в связи с
пневматолитовыми и даже гидротермальными процессами.
Однако, по мнению академика А.П. Виноградова [5], наиболее реальная концепция
должна решить главную проблему геохимического фракционирования углерода до
критической массы образования алмазов. Такая проблема обоснованно может быть
решена лишь при концепции корового происхождения алмазов, что нами разработано для
метаморфогенных образований эклогитов и микроалмазов Кокшетауской глыбы и
Мугоджар [2, 3, 4, 17]. Для областей мезозойской активизации в древних платформах
Южной Африки, Сибири, Кольского полуострова и других регионов кимберлитовая магма
поднималась по ослабленным зонам в верхние горизонты ЗК, и, по нашему мнению, при
достижении критического порога давления газовой составляющей магматической
колонны происходил взрыв, дробление, контаминация и ассимиляция вмещающих
карбонатных или угленосных пород с последующим перемещением обломков в участки с
пониженным давлением, где трасформация и конденсация флюидов и газов приводят к
фракционированию углекислого газа до высоких концентраций с последующей
раскристаллизацией ювелирных алмазов. Иными словами, перед диссипацией рудномагматической системы из вмещающих пород, насыщенных углеродистым веществом
(углистые сланцы, известняки, доломиты и т. д.), происходит ассимиляция
углеродсодержащих пород ультраосновной магмой и концентрация углерода в камере
взрыва диатремы с дальнейшим превращением его в алмазы при благоприятных РТусловиях [3].
Из вышеизложенного можно сделать ряд выводов.
Прежде всего, следует обратить внимание на то, что мезозойская ТМА
телескопируется на структуру Каапваальского кратона. Последующий длительный период
относительной стабилизации кратона положительно сказался на вещественной
неоднородности и контрастности между породами древнего метаморфизованного
фундамента и оторванной во времени мезозойской активизации в форме молодых рудноэксплозивных образований, а в итоге и на общей продуктивности кимберлитового
магматизма.
Центральной
структурой,
определяющей
продолжительность,
высокую
проницаемость и интенсивность проявления рудно-магматических процессов, связанных с
мезозойской ТМА кратона, несомненно, является градиентная зона, подновляющая
архейский зеленокаменный пояс Барбертон восток-северо-восточного простирания. Уже с
протерозойского времени здесь происходят отдельные «вспышки» эруптивной
деятельности и зарождается кимберлитовый магматизм (трубка Премьер).
Дальнейшие эруптивно-эксплозивные процессы связаны с миграцией центров
кимберлитового магматизма и радиально-латеральным смещением их в направлении
периферических участков кратона по мере наращивания мощности континентальной
сиалической коры. Примером такой центробежной миграции могут служить
кимберлитовые трубки Свазиленд пермского возраста – промежуточные как во временном
(между докембрием и мезозоем), так и в пространственном (между центром кратона и его
окраиной) отношениях. Основная фаза развития такого специфического магматизма
приходится на поздний мезозой, когда на юге Каапваальского кратона формируется
уникальная Капская алмазоносная провинция. В северном направлении миграция центров
кимберлитового магматизма в мезозое следует в основном вдоль подновляющейся в этот
период Великодайковой субмеридиональной системы разломов и параллельному ей
молодому рифту Либомбо. В связи с этим такая миграция имеет более рассеяный
(сквозной) характер и не приводит к образованию компактных провинций. Но отдельные
кимберлитовые сооружения здесь могут достигать огромных размеров и быть аномально
продуктивными (трубка Мвауди в Танганьике сечением 1625 х 1070 м и глубиной свыше
1 км). Следует иметь в виду, что эту глобальную трансконтинентальную структуру
следует рассматривать комплексно, в связи с другими полезными ископаемыми, в том
числе с ее перспективами на битумы (алмазы, угли, нефть и т. д.).
Непосредственно для Капской провинции оптимальными условиями для развития
алмазоносного кимберлитового магматизма послужили зоны прерывистых относительно
положительных аномалий силы тяжести и градиентные зоны между региональными
минимумами и осложняющими их изолированными положительными гравитационными
аномалиями. Узлы кимберлитовых аппаратов, отбивающиеся гравитационными
минимумами, рудоносны в малой степени.
В геолого-структурном отношении Капская провинция занимает южную краевую
часть Каапваальского кратона, перекрытую вмещающей кимберлиты системой Карру.
Площадь развития этой системы распространяется далеко за пределы кратона совместно с
сопровождающими ее кимберлитовыми образованиями. Однако Капские алмазоносные
кимберлитовые тела характерны для слоев платформенного чехла лишь в тех случаях,
если они размещены в пределах угленосного Каапваальского кратона.
При трансформации геолого-геофизических критериев кимберлитового магматизма и
связанных с ним месторождений ювелирных алмазов, характерных для мезозойской ТМА
Каапваальского кратона, в условия Казахстана следует отметить, что наибольшими
перспективами в отношении открытия объектов этого типа обладают древние
(докембрийские) жесткие блоки ЗК и срединные массивы, перекрытые плащом менее
плотных карбонатных или угленосных пород с проявлениями мощной мезозойской ТМА. В
качестве примера таких благоприятных условий для проявления ювелирных
алмазоносносных кимберлитовых трубок взрыва можно назвать, в первую очередь,
Торгайский прогиб в Северном Казахстане, где имеются как мощные интрузивные
проявления мезозойских траппов в Кушмурунском грабене, так и перекрывающие их
угленосные отложения месторождений Убаганской и Приишимской групп в юрских
отложениях [4], а в западном борту прогиба установлена крупнейшая воронка взрыва
скарново-магнетитовых руд в пределах Кожа-Коржинкольского рудного поля [2],
аналогичная трубкам взрыва скарново-магнетитовых месторождений ангароилимского
типа, расположенных на периферии Сибирской платформы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Айссани Б., Бекмухаметова З.А. Скарново-магнетитовые штокверки
Коржинкольского месторождения как образования трубки взрыва в западном борту
Торгайского прогиба //Геология Казахстана. 1997. № 5. С. 74–82.
2. Бекмухаметова З.А. Петрологические критерии формирования алмазоносных
эклогитов Кокшетауской глыбы и Мугоджар //Докл. НАН РК. Алматы, 1993. № 6. С. 44–
49.
3. Бекмухаметова З.А. Геолого-петрологические критерии алмазоносности
эклогитов Кокшетауской глыбы и Мугоджар //Афтореф. дис. … канд. геол-минер. наук.
Алматы, 1997. 14 с.
4. Бекмухаметова З.А., Бекмухаметов А.Е. Геолого-петрологические критерии
формирования, размещения и поисков алмазо- и рутилоносных эклогитов, кимберлитов и
лампроитов в Кокшетауской глыбе, Мугоджарах в Торгайском прогибе //Топорковские
чтения. Рудный, 1997. Вып. III. С.126–134.
5. Виноградов А.П., Кропотова О.И., Устинов В.И. Возможные источники углерода
природных алмазов по изотопным данным С12/С13 //Геохимия. 1965. № 6. С. 643–651
6. Диаров А.Б., Бекмухаметова З.А., Слащева И.В., Атажанова Ж.А. Рудный гигант:
тектономагмопара Витватерсранд-Бушвельд //Межд. конф. «Инженерное образование. и
наука в XXI веке». Алматы: Каз НТУ, 2004.
7. Диаров А.Б., Бекмухаметова З.А., Слащева И.В., Атажанова Ж.А. Рудный гигант:
тектономагмопара Витватерсранд-Бушвельд – минеральная кладовая Земли //Геология и
охрана недр. 2005. № 1.
8. Диаров А.Б., Бекмухаметова З.А., Слащева И.В., Атажанова Ж.А.
Геодинамические и магматические аспекты формирования рудных гигантов //Тр. VI
Среднеазиатского петрографического совещания «Магматические и метасоматические
формации и связанное с ними оруденение». Ташкент, 2005.
9. Доусон Д. Кимберлиты и ксенолиты в них. М., 1983. 300 с.
10. Дю Тойт А. Геология Южной Африки. М., Ил., 1957. 488 с.
11. Жирнов А.М. Металлогения золота Дальнего Востока (на основе линеаментнодиапировой концепции) //Автореф. дис…докт. геол.-минер. наук. Биробиджан, 2004. 60 с.
12. Любецкий В.Н., Абдулкабирова М.А., Любецкая Л.Д. Законо-мерности
размещения оруденения по отношению к глубинным структурам //Тектоника и глубинное
строение Северного Казахстана. Алма-Ата: Наука, 1988. 192 с.
13. Любецкий В.Н., Кучукова Л.М., Любецкая Л.Д. Геофизическая модель Капской
алмазоносной субпровинции – эталон для прогнозирования областей кимберлитового
магматизма в Казахстане //Геология и разведка недр. 1995. № 3. С. 19–24.
14. Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых /М.: МГУ, 1997.
304 с.
15. Францессон Е.В. Химический фактор и минералогические критерии
алмазоносности кимберлитовых пород //Изв. АН СССР. 1973. № 9. С. 89–96.
16. Щеглов А.Д. О металлогении Южно-Африканской Республики //ВСЕГЕИ. СанктПетербург. 1994. 44 с.
17. Bekmukhametova Z.A. Bekmukhametov A.E. Petrology of it’s metamorphism during the
diamonds formation //Sixth international kimberlite confererence Novosibirsk. 1995. Р. 47–49.
18. Williams A.F. The genesis of the diamond //London 1932. 205 p.
Статья рекомендована акад. НАН РК Бакеновым М.М.
15. 06. 2005 г.