Сравнительная характеристика кимберлитовой и лампроитовой формаций - сходство и принципиальные различия

Введение

Минералогия кимберлитов и родственных им пород (лампроитов и др.) является комплексной и рассматривает, с одной стороны, минералы, кристаллизующиеся из кимберлитовой магмы, с другой стороны, захваченные при замещении кимберлитовым расплавом пироповых перидотитов и эклогитов, внедрившихся из глубин алмазоносной мантии в кристаллический фундамент платформ в ходе его формирования. К числу последних относятся и минералы, определяющие алмазоносность кимберлитов, лампроитов и других родственных им пород. Работа посвящена минералогии кимберлитов и родственных им пород крупнейших алмазоносных провинций России: Архангельской и Якутской. В ней детально обсуждены вопросы дискретности процессов алмаз образования, роли сульфидов в алмаз образовании, специфики углеводородных включений в алмазе и его минералов-спутников, тип химизма минералов-спутников, магнит минералогии оксидных систем в связующей массе кимберлитов и родственных им пород. Химический состав, морфологические особенности и физические свойства этих минералов позволяют получить ценную информацию о развитии магматизма глубинных зон земной коры и верхней мантии до глубин более 250 км.


Кимберлит
Кимберлит - это магматическая порода , которая иногда содержит алмазы . Он назван в честь города Кимберли в Южной Африке , где открытие алмаза весом 83,5 карата (16,70 г) под названием « Звезда Южной Африки» в 1869 году породило алмазную лихорадку и рытье карьера под названием Большая яма. , Ранее термин кимберлит применялся к оливиновым лампроитам как Кимберлит II, однако это было ошибкой.
Кимберлит встречается в земной коре в вертикальных структурах, известных как кимберлитовые трубки , а также изверженных дамб . Кимберлит также встречается в виде горизонтальных подоконников . Кимберлитовые трубки сегодня являются наиболее важным источником добываемых алмазов. Консенсус в отношении кимберлитов заключается в том, что они образуются глубоко внутри мантии . Формирование происходит на глубинах между 150 и 450 км (93 и 280 миль), возможно, из-за аномально обогащенных экзотических составов мантии, и они извергаются быстро и бурно, часто со значительным содержанием углекислого газа и других летучихкомпоненты. Именно эта глубина плавления и генерации делает кимберлиты склонными к размещению ксенокристаллов алмаза .
Несмотря на свою относительную редкость, кимберлит привлекает внимание тем, что он служит переносчиком алмазных и гранатовых перидотитовых мантийных ксенолитов на поверхность Земли. Его вероятное происхождение от глубин, превышающих любой другой тип магматических пород , и экстремальный состав магмы, который он отражает с точки зрения низкого содержания кремнезема и высоких уровней несовместимого обогащения микроэлементами, делают понимание петрогенеза кимберлита важным. В связи с этим изучение кимберлита может предоставить информацию о составе процессов глубокой мантии и плавления, происходящих на границе раздела междукратоническая континентальная литосфера и нижележащая конвекционная астеносферная мантия.
Морфология и вулканология
Многие кимберлитовые структуры имеют вид морковных вертикальных интрузий, называемых « трубами ». Эта классическая форма моркови образуется из-за сложного интрузивного процесса кимберлитовой магмы, которая унаследует большую часть CO 2(более низкие количества H 2 O) в системе, которая вызывает глубокую взрывную стадию кипения, которая вызывает значительное количество вертикального развальцовки. Классификация кимберлитов основана на признании различных фаций породы . Эти различные фации связаны с определенным стилем магматической активности, а именно кратер, диатрем и гипабиссальных пород.
Морфологии кимберлитовых трубок и их классической формы моркови является результатом взрывного диатремового вулканизмаиз очень глубоко мантийных -derived источников. Эти вулканические взрывы производят вертикальные столбы породы, которые поднимаются из глубоких магматических резервуаров. Морфология кимберлитовых трубок различна, но включает в себя комплекс из листовой дайки, состоящий из табличных, вертикально погружающихся питающих дамб в корне трубы, который простирается до мантии. В пределах 1,5–2 км (0,93–1,24 миль) от поверхности магма под высоким давлением взрывается вверх и расширяется, образуя коническую или цилиндрическую диатрему , которая прорывается на поверхность. Выражение поверхности редко сохраняется, но обычно похоже на вулкан Маар, Кимберлитовые дайки и пороги могут быть тонкими (1–4 метра), а диаметр труб - от 75 до 1,5 километров. Два юрских кимберлитовых дайки существуют в Пенсильвании . Один из них, Гейтс-Ада Дайк, обнажается на реке Мононгахела на границе округов Файетт и Грин . Другой, Дайксонвилл-Танома Дайк в центральной части округа Индиана , не обнажается на поверхности и был обнаружен шахтерами. Аналогично состаренный кимберлит найден в нескольких местах в Нью-Йорке.

Петрология
Как местоположение, так и происхождение кимберлитовых магм являются предметом споров. Их экстремальное обогащение и геохимия привели к большому количеству предположений об их происхождении, когда модели помещают их источник в субконтинентальную литосферную мантию (SCLM) или даже так глубоко, как переходная зона. Механизм обогащения также был предметом интереса с моделями, включающими частичное плавление, ассимиляцию субдуцированного осадка или образование первичного источника магмы.
Исторически кимберлиты были классифицированы на две различные разновидности, названные «базальтовыми» и «слюдистыми», основанные главным образом на петрографических наблюдениях. Это было позже пересмотрено CB Smith, который переименовал эти подразделения в «группу I» и «группу II», основываясь на изотопном сродстве этих пород с использованием систем Nd, Sr и Pb. Позже Роджер Митчелл предположил, что эти кимберлиты группы I и II демонстрируют такие четкие различия, что они могут быть не так тесно связаны, как считалось ранее. Он показал, что кимберлиты группы II демонстрируют более близкое сродство к лампроитам, чем к кимберлитам группы I. Следовательно, он реклассифицировал кимберлиты группы II как оранжиты, чтобы избежать путаницы.
I группа кимберлитов
Кимберлиты I группы относятся к ультрамафическим калиевым магматическим породам с высоким содержанием СО 2, в которых преобладают первичные форстеритовые оливиновые и карбонатные минералы, с микроэлементами из магнезиального ильменита , пиропа хрома , альмандин- пиропа, диопсида хрома (в некоторых случаях субкальциевого), флогопита , энстатит и Ti-бедный хромит, Кимберлиты группы I имеют характерную неравномерную текстуру, вызванную макрокристаллическими (0,5–10 мм или 0,020–0,394 дюйма) и мегакристаллическими (10–200 мм или 0,39–7,87 дюйма) вкрапленниками оливина, пиропа, диопсида хрома, магниевого ильменита и флогопита, в мелкозернистой и среднезернистой основной массе.
В минералогии основной массы, которая более близка к истинному составу изверженной породы, преобладают карбонат и значительные количества форстеритового оливина с меньшим количеством пиропного граната, Cr- диопсида , магнезиального ильменита и шпинели .
Оливин Лампроиты
Оливиновые лампроиты ранее называли кимберлитом II группы или апельсином в ответ на ошибочное мнение, что они произошли только в Южной Африке. Их возникновение и петрология, однако, идентичны во всем мире и не должны ошибочно называться кимберлитами.Оливиновые лампроиты - ультрапотасовые , пералкалиновые породы, богатые летучими веществами (преимущественно H 2 O). Отличительной особенностью оливиновых лампроитов является флогопитмакрокристаллы и микрофенокристы, а также слюды основной массы, которые различаются по составу от флогопита до «тетраферрифлогопита» (аномально флегопит с низким содержанием алюминия, требующий Fe для входа в тетраэдрический участок). Резорбированные макрокристаллы оливина и первичные кристаллы оливина в основной массе являются обычными, но не существенными составляющими.
Характерные первичные фазы в основной массе включают зональные пироксены (ядра диопсида, обрамленные Ti-эгирином), минералы шпинельной группы (от магнезиального хромита до титанового магнетита ), перовскит , богатый Sr и REE , апатит , богатый Sr, фосфаты , богатые REE ( монацит , daqingshanite), potassian barian голландит минералы группы, Nb , несущий рутил и Мn-подшипник ильменит .
Кимберлитовые индикаторные минералы
Кимберлиты являются своеобразными магматическими породами, потому что они содержат множество минеральных видов с химическим составом, которые указывают, что они сформировались под высоким давлением и температурой в мантии

. Эти минералы, такие как диопсид хрома ( пироксен ), хромовые шпинели, магнезиальный ильменит и пироповые гранаты, богатые хромом, обычно отсутствуют в большинстве других магматических пород, что делает их особенно полезными в качестве индикаторов для кимберлитов.
Эти индикаторные минералы, как правило, разыскиваются в ручьях отложений современного аллювиального материала . Их присутствие может указывать на присутствие кимберлита в эрозионном водоразделе, который произвел аллювий.
Геохимия
Геохимия кимберлитов определяется следующими параметрами:
ультрамафит , MgO> 12% и обычно> 15%;
ультрапотассовый , молярный K 2 O / Al 2 O 3 > 3;
почти примитивный Ni (> 400 ч / млн), Cr (> 1000 ч / млн), Co (> 150 ч / млн);
РЗЭ - обогащение;
обогащение литий-элементным элементом с большим ионом от среднего до высокого [ LILE] , ΣLILE => 1000 ч / млн;
высокий H 2 O и CO 2 .
Экономическое значение
Кимберлиты являются наиболее важным источником первичных алмазов . Многие кимберлитовые трубки также дают богатые аллювиальные или элювиальныеалмазные россыпные месторождения . В мире было обнаружено около 6400 кимберлитовых трубок, из которых около 900 были классифицированы как алмазоносные, а из немногих более 30 были достаточно экономичными для добычи алмазов.
Месторождения, происходящие в Кимберли , Южная Африка , были первыми признанными и источником названия. Кимберлийские алмазы были первоначально найдены в выветрившемся кимберлите, который был окрашен в желтый цвет лимонитом , и поэтому его называли « желтая земля ». В более глубоких выработках встречаются менее измененные породы, серпантинизированный кимберлит, который шахтеры называют « синим грунтом ».
Сине-желтая земля была плодовитым производителем алмазов. После того, как желтая земля была исчерпана, шахтеры в конце 19-го века случайно врезались в голубую землю и обнаружили количество алмазов ювелирного качества. Экономическая значимость того времени была такова, что, когда был обнаружен поток алмазов, шахтеры снижали цены друг друга и в итоге за короткое время снизили стоимость алмазов до себестоимости.
Лаприоты
Связанные типы пород
Лампроитовый - ультракалиевый мантийная вулканическая порода или субвулканическая лампрофира , нефелиновый сиенит , ультрапотерные магматические породы калсититовые породы лампроитовые.
Он имеет низкое содержание CaO , Al 2 O 3 , Na 2 O , высокое K 2 O / Al 2 O 3 , относительно высокое содержание MgO и экстремальное обогащение несовместимыми элементами .
Лампроиты распространены географически, но незначительны по объему. В отличие от кимберлитов, которые встречаются исключительно в архейских кратонах , лампроиты встречаются на территориях разного возраста, начиная от архейских в Западной Австралии и заканчивая палеозойскими и мезозойскими в южной Испании. Они также сильно различаются по возрасту, от протерозоя до плейстоцена, самый молодой известный пример - 56 000 ± 5000 лет.
Вулканология лампроита разнообразна, с известными как диатремальными стилями, так и конусами из шлакобетона или конусов.

Петрология
Лампроиты образуются из частично расплавленной мантии на глубинах более 150 км. Расплавленный материал вытесняется на поверхность в вулканических трубах, принося с собой ксенолиты и алмазы из областей гарцбургитского перидотита или эклогита, где образование алмаза стабилизируется.
Недавние исследования, например, о лампроитах в Гауссберге в Антарктиде и геохимии свинцово-свинцовых изотопов показали, что источником лампроитов могут быть расплавы переходной зоны субдуцированной литосферы, которая оказалась в ловушке у основания литосферной мантии. Это наблюдение также согласовывает глубину плавления со своеобразной геохимией, которая наиболее легко объясняется плавлением уже фельзитового материала в условиях глубокой мантии.
Минералогия
Минералогия лампроитов контролируется их своеобразной геохимией , в которой преобладают редкие минеральные породы с дефицитом кремнезема и редкие минералы, полученные из мантии.
Типичные для лампроитов минералы включают: форстеритовый оливин; высокий железный лейцит ; богатый титаном алюминий - плохой флогопит ; богатый калием и титаном рихтерит ; диопсид алюминия с низким содержанием алюминия ; и богатый железом санидин . Встречаются разнообразные редкие микроэлементы. Породы с высоким содержанием калия с 6 до 8% оксида калия . Типично высокое содержание хрома и никеля . Камни обычно превращаются в тальк с карбонатом или серпентином ,хлорита и магнетита . Цеолиты и кварц также могут встречаться.
Лампроиты характеризуются наличием широко варьирующихся количеств (5-90 %) Следующих первичных фаз (Mitchell & Bergman, 1991):
титановый (2-10 % TiO 2 ), бедный алюминием (5-12% Al 2 O 3 ) фен кристаллический флогопит титановый (5-10% TiO 2 ) основной массы пойкилитовый "тетраферрифлогопит" титановый (3-5 мас.% TiO 2 ) калий (4-6 мас.% K 2 O) рихтерит .
Форстеритовый оливин
диопсид с низким содержанием алюминия (<1 мас.% Al 2 O 3 ), с низким содержанием натрия (<1 мас.% Na 2 O) нестехиометрический богатый железом (1-4 мас.% Fe 2 O 3 ) лейцит и богатый железом санидин (обычно 1-5 мас.% Fe 2 O 3 )).
Наличие всех вышеуказанных фаз не требуется для того, чтобы классифицировать породу как лампроит. Любой минерал может быть доминирующим, и этого, вместе с двумя или тремя другими присутствующими минералами, достаточно для определения петрографического названия .
Наличие следующего полезным ископаемых исключает камень от быть классифицирована как лампроит: первичный плагиоклазе , мелилит , монтичеллит , кальсилит , нефелин , Na-богатого щелочной полевого шпат , содалит , нозеан , гаюин , меланит , schorlomite или kimzeyite .
Геохимия
Лампроиты соответствуют следующим химическим характеристикам:
Молярный K 2 O / Na 2 O> 3, т. е. ультрапотасный
молярный K 2 O / Al 2 O 3 > 0,8 и обычно> 1
молярный K 2 O + Na 2 O / Al 2 O 3 обычно> 1, т.е. пералкалин
обычно <10 мас.% каждого из FeO и CaO, TiO 2 1-7 мас.%,> 2000 и обычно> 5000 ч / млн Ba,> 500 ч / млн Zr,> 1000 ч / млн Sr и> 200 ч / млн La.
Экономическое значение
Экономическое значение лампроита стало известно после открытия в 1979 году алмазной трубы Аргайл в Западной Австралии . Это открытие привело к интенсивному изучению и переоценке других известных случаев лампроита во всем мире; Ранее только кимберлитовые трубки считались экономически жизнеспособными источниками алмазов .
Алмазный рудник Аргайл остается единственным экономически целесообразным источником лампроитовых алмазов. Это месторождение заметно отличается высоким содержанием алмазов, но низким качеством большинства камней. Исследования на алмазе Аргайл показали, что большинство камней относится к типу E; они происходят из пород породы эклогит и были сформированы при высокой температуре ~ 1400 ° C (2600 ° F). Алмазный рудник Аргайл является основным источником редких розовых алмазов.
Оливиновые лампроитовые пирокластические породы и дайки иногда являются хозяевами алмазов . Алмазы встречаются в виде ксенокристаллов , которые были перенесены на поверхность или на небольшую глубину в результате диапирических вторжений лампроита .
Алмазы из Государственного парка Crater of Diamonds возле Мерфрисборо, штат Арканзас , найдены в лампроите.
Связанные типы пород
Кимберлит - магматическая порода, которая иногда содержит алмазы Лампрофира Ультрапотерные магматические породы .
Кимберлиты принадлежат к самым глубоким магматическим образованиям, которые достигли поверхности дня, и являются одним из основных источников алмазов. Любая генетическая модель должна учитывать следующие ключевые особенности кимберлитов:
Кимберлиты - это редкие магматические породы. Они образуют небольшие трубы (диатремы), размеры которых не превышают 1 км в диаметре, а также тонкие (метры - десятки метров) дайки и пороги. Кимберлиты встречаются только в древних докембрийских кратонах, которые тектонически стабилизировались ранее, чем через 1,5 миллиарда лет. Области кимберлитового магматизма для поднятия света. Кимберлиты связаны с мелилитсодержащими породами (мелилититы, аллениты) и в то же время занимают отдельное положение относительно рифовых зон, к которым примыкают другие щелочные ультраосновные и основные породы. По возрасту кимберлиты варьируются от протерозоя (1750 млн лет) до мезокайнозоя (90-60 млн лет). В одних и тех же провинциях встречаются кимберлиты разных возрастов.
Наиболее распространенные брекчиевые кимберлиты состоят из: 1) кристаллических включений (ксенолитов) бычьего и мантийного происхождения, а также продуктов разложения таких включений; 2) мегакристаллы (очень большие незональные кристаллы), выпавшие из расплава кимберлита на глубине; 3) мелкозернистая и мелкозернистая масса, отвержденная в приповерхностных условиях.
Самые глубокие включения представлены гранатовыми перидотитами, пироксенами и эклогами, взятыми из верхней мантии; многие включения имеют следы деформации и рекристаллизации