Прогноз коренной алмазоносности территории Вятско-Камской впадины

Актуальность проблемы. В настоящее время, по мнению некоторых исследователей, израсходован фонд коренных месторождений алмаза, которые могут быть открыты классическими методами. На территории Вятско-Камской впадины (ВКВ), как и на всей Восточно-Европейской платформе, поиски кимберлитовых тел по «пироповым дорожкам» не привели к намеченной цели. Особую важность приобретает поиск коренных источников алмазов в осложненных условиях — присутствие перекрывающих терригенных отложений и кор выветривания, влияние оледенения и т. д. Эти факторы, затрудняющие прогнозно-поисковые работы, снижают эффективность методов, применявшихся ранее при поисках трубок взрыва. Использование шлихоми-нералогических, шлихогеохимических и геофизических методов не выступает гарантом успешности поисковых работ. Для решения проблемы поисков коренных алмазоносных пород в условиях повышенной мощности перекрывающих отложений и искаженности ореолов рассеяния минералов-индикаторов ледниковой деятельностью необходимо применение классических методов в комплексе с другими специальными методами. Среди них выделяются специализированные литологические исследования, малообъемное опробование на мелкие алмазы и геоморфологические исследования, ориентированные на анализ тектонического строения территории и др.

Целью диссертационной работы является создание прогнозно-поисковых моделей алмазоносных минерагенических таксонов разных рангов, установление участков, перспективных на обнаружение коренных источников алмазов на территории ВКВ и разработка прогнозно-поискового комплекса.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1) оценка перспектив территории ВКВ на обнаружение коренных источников алмаза на основе анализа геолого-тектонического строения и геофизических данных,.

2) литологическое изучение особенностей мезозойских отложений ВКВ как вторичных коллекторов,.

3) анализ типоморфных особенностей и распространения мелких алмазов и минералов-индикаторов кимберлитового магматизма.

Объемы исследований. Материалы, использованные в диссертационной работе, получены в ПГУ за 2004 — 2010 гг. В этот период на исследуемой территории проводилось малообъемное и шлиховое опробование с детальным литологическим изучением мезозой-кайнозойских отложений. В результате о изучено 36 объектов, из которых отобрано 67 малообъемных (1−3 м) с обогащением на винтовом сепараторе и 250 литологических проб. Шлиховое опробование насчитывает более 300 точек наблюдения. Концентраты винтового сепаратора и шлихи подвергались в дальнейшем лабораторной обработке: сушке, отмучиванию глинистых частиц, рассеву, разделению в бромоформе, плавке в щелочи, минералогическим и аналитическим исследованиям.

Личный вклад. Исследовательские работы на территории ВКВ проводились соискателем с 2006 по 2010 гг. За это время с участием автора в ходе полевых работ проведено малообъемное, шлиховое и литологическое опробование современного аллювия и юрских отложений. На лабораторной стадии выполнено 50 гранулометрических анализов, обработано 20 концентратов винтового сепаратора и 50 литологических проб. Соискателем производился отбор монофракций хромшпинелида и ильменита и последующая про-боподготовка для микрозондового анализа. Произведены типизация химического состава и статистическая обработка 252 анализов зерен хромшпинели-дов и около 300 зерен ильменита, пиропа и хромдиопсида.

При камеральной обработке данных широко применялись программные продукты Microsoft Office, Statistica 8, ArcGIS 9. Весь графический материал подвергался доработке в графических редакторах CorelDraw и PhotoShop.

Научная новизна.

1.Ha основе комплексного геологического анализа проведено минера-геническое районирование территории ВКВ применительно к задачам прогноза коренной алмазоносности.

2. Установлена роль раннемезозойской коры выветривания, развитой на нижнетриасовых и верхнепермских породах и предположительно на кимберлитах, в питании обломочного материала юрских терригенных отложений.

3. По данным литологических и минералогических исследований установлено ритмичное строение юрской толщи и охарактеризованы особенности юрского промежуточного коллектора алмазов.

4. Установлены типоморфные признаки минералов-индикаторов, указывающие на наличие в пределах областей питания отложений Вятско-Камской впадины кимберлитовых источников.

5. Разработан прогнозно-поисковый комплекс на коренные источники алмазов на территории ВКВ.

Практическая ценность.

1. Апробирована методика поисков коренных источников алмазов, основанная на малообъемном опробовании отложений промежуточных коллекторов.

2. Дана оценка перспективности различных районов Вятско-Камской впадины на коренные алмазы.

3. Предложена типовая методика поисков, которая может быть применена на других потенциально алмазоносных территориях.

4. Показана возможность применения минералогического анализа для стратиграфического расчленения «немых» терригенных отложений ВКВ и смежных территорий.

Защищаемые положения.

1. На основе комплексного геологического анализа территории Вятско-Камской впадины выделены три потенциально алмазоносные минерагениче-ские зоны, входящие в состав Волго-Камской минерагенической субпровинции и Восточно-Европейской минерагенической провинции.

2. На территории Вятско-Камской впадины с учетом находок мелких алмазов и минералов-индикаторов выделены перспективные на обнаружение кимберлитов участки.

3. По результатам исследований разработан прогнозно-поисковый комплекс на коренные алмазы, рекомендуемый для территории восточной части Восточно-Европейской платформы.

Апробация работы и публикации.

Основные положения работы докладывались на всероссийских и региональных научных конференциях:

— 5-е Всероссийское литологическое совещание (г. Екатеринбург, 2008),.

— Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского (г. Пермь, 2008, 2009, 2010),.

— Геология и полезные ископаемые Западного Урала (г. Пермь, 2008,.

2009).

— 8-е Уральское литологическое совещание (г. Екатеринбург, 2010).

Всего по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе одна работа в издании, рекомендованном ВАК для публикации основных результатов докторских и кандидатских диссертаций.

Результаты исследований использованы при составлении итогового отчета о работах по договору с администрацией Пермского края: контракт № 100 «Обоснование площадей для постановки поисковых работ на алмазоносные кимберлиты».

Эти выводы являются главными аргументами при обосновании второго защищаемого положения.

Глава 6. Прогнозно-поисковый комплекс на коренные источники алмазов для территории Вятско-Камской впадины.

Прогнозирование алмазоносных территорий в общем случае можно представить как задачу обнаружения основных поисковых объектов, отвечающих минерагеническим таксонам соответствующих масштабов. Под поисковым объектом понимается любая локализованная в пространстве исследований совокупность свойств этого пространства, обладающая необходимым уровнем полезности [93].

6.1. Поисковая роль минералов-индикаторов.

Анализ типоморфных особенностей обнаруженных зерен минералов-индикаторов и негативный опыт исследований других специалистов по поискам кимберлитов на территории Восточно-Европейской платформы показывает, что поисковая роль этих минералов различна. Общими отрицательными факторами, затрудняющими их использование при прогнозировании и поисках кимберлитов на территории ВКВ, являются следующие.

1. Зерна пиропов и хромдиопсидов отличаются довольно мелкими размерами, обычно окатаны. Их содержание очень низкое, что доказано путем изучения малообъемных проб, отобранных на алмазы. Расчет показывает, что шлиховые пробы, отобранные из среднеюрских отложений, в основной массе окажутся пустыми. Сделан вывод о том, что они являются «дальнепринос-ными». Такие пиропы не имеют особого поискового значения. Значительная часть зерен характеризуется особым типом поверхности («кубоидный тип растворения»), который указывает на длительное пребывание в коре выветривания. Их химический состав указывает на генетическую связь с неалмазоносными кимберлитами. Можно предположить, что основная масса зерен пиропов и хромдиопсидов происходят из неалмазоносных кимберлитов, расположенных достаточно далеко от границ ВКВ (сотни километров). Все данные указывают на поступление пиропов на территорию бассейна верхней.

Камы с северного направления. Возможными их первоисточниками являются, например, неалмазоносные альнеиты Тимана, в которых обнаружены аналогичные пиропы.

2. Анализ геологической ситуации в районе исследования указывает на то, что прогнозируемые кимберлиты перекрыты сверху корой выветривания раннемезозойского возраста, в которой пиропы, хромдиопсиды и оливин сохраниться не могли. Подтверждением является состав тяжелой фракции отложений третьего ритмита среднеюрской толщи, явно сформированных в результате размыва зрелой раннемезозойской коры выветривания. В ней практически отсутствуют неустойчивые минералы (амфиболы, пироксены) и очень мало минералов средней степени устойчивости (группа эпидота, гранаты).

3. Обнаруженные магнезиальные ильмениты и редкие зерна пикроиль-менита относятся не к «кимберлитовому», а к «пикритовому» тренду, который свидетельствует об отсутствии алмазов в родоначальных породах, которыми могут быть кимберлитоподобные разности.

4. Высокохромистые хромшпинелиды, часть зерен которых может быть генетически связана с кимберлитами, по внешним признакам (окраска, морфология, характер поверхности) не отличаются от других разностей. Для их выделения и диагностики требуется применение в массовом масштабе мик-розондового метода, что существенно удорожит поисковые работы.

Все перечисленные выше доводы подчеркивают сложности, с которыми приходится сталкиваться при поисках кимберлитов не только на территории ВКВ, но и в восточных и северных районах Восточно-Европейской платформы. Вероятно, это одна из причин, почему «пироповая дорожка» здесь не приводит к кимберлитовым телам [84].

Однако полностью отказываться от использования минералов-спутников при поисках кимберлитов было бы неправильно по следующим причинам.

Во-первых, высокохромистые хромшпинелиды крупного размера (более 0,5 мм) считаются достаточно надежными индикаторами алмазоносных кимберлитов. Они обнаружены нами в приемлемых количествах, позволяющих рекомендовать шлиховое опробование толщ промежуточных коллекторов алмазов (среднеюрских галечников) для выявления их первоисточников. С этой целью должна быть разработана методика работы, рассчитанная на их использование. Рекомендуемый оптимальный объем шлиховой пробы может составлять от 20 до 40 л. Для разбраковки зерен перед микрозондовым анализом требуется установить морфологические признаки высокохромистых разностей (габитус кристаллов, степень окатанности, характер поверхности и т. д.).

Во-вторых, среди зерен пиропов и хромдиопсидов хотя и редко, но все же встречаются разности, обладающие более приемлемыми для поисковых индикаторов характеристиками: повышенная крупность — более 0,5 мм, повышенная хромистость, неокатанность, наличие первичной мантийной поверхности и т. д. Причем, такие зерна иногда встречаются совместно и сопровождаются к тому же мелкими алмазами и высокохромистыми хромшпине-лидами. Они могут свидетельствовать о присутствии на некотором расстоянии более молодых алмазоносных кимберлитов, не перекрытых раннемезо-зойской корой выветривания. Редкость находок таких пиропов и хромдиопсидов пока не позволила нам сделать более конкретные выводы.

В-третьих, среди минералов в составе среднеюрского промежуточного коллектора алмазов обнаружена группа, относящаяся к карбонатитовой и щелочной ультраосновной ассоциациям (бадделеит, монацит, лопарит, пе-ровскит, кальциртит, щелочные амфиболы, флоренсит, гойяцит, алланит, №>-ильменит, тантало-рутил, ильменорутил). Картирование данных находок пока не проводилось. Оно могло бы привести к обнаружению тел карбонатитов, щелочных ультраосновных пород, кимберлитоподобных пород, генетически связанных с кимберлитовыми породами [60, 57].

6.2. Поисковая роль мелких алмазов.

Мнение специалистов о поисковой роли мелких алмазов разделилось. Одни из них подчеркивают целесообразность учета находок мелких зерен алмазов [11, 33], другие считают их бесполезными.

Теоретически обосновано большое значение мелких алмазов при поисках алмазоносных кимберлитов [62, 63]. Оно заключается в следующих постулатах.

1. В кимберлитах гранулометрический состав алмазов, в отличие от россыпей, существенно смещен в сторону мелкоразмерных классов. Практически во всех кимберлитах мира модальное значение на гистограмме распределения массы алмазов по классам крупности приходится на интервал 21 мм. Аналогичная гистограмма, построенная по количеству зерен, показывает, что модальное значение приходится на интервал 1−0,5 или 0,5−0,25 мм. Уникальными в этом отношении являются кимберлиты Канады, в которых максимальное количество зерен алмазов обнаружено в классе 0,21−0,15 мм (табл. 6.1−6.3).

Отсюда следует, что при опробовании отложений, образованных в результате размыва кимберлитового тела, в первую очередь могут быть встречены алмазы крупностью менее 1 мм [25].

2. Для обнаружения хотя бы одного зерна мелкого алмаза потребуется значительно меньший объем проб, чем при их опробовании на промышленные алмазы. Например, для обнаружения одного мелкого зерна алмаза в кимберлитах Канады в среднем необходимо обработать пробу массой около 250 г (см. табл. 6.3).

3. Среди мелких зерен алмазов часто присутствуют осколки, по форме которых можно сделать вывод о присутствии в кимберлитах и крупных алмазов промышленного размера, т. е. крупнее 1 мм.

Гранулометрический состав алмазов, рассчитанный по количеству зерен в классах крупности, из кимберлитов штата Вайоминг, % [66].

Показатель&tradeКлассы, м м Всего.

2 2−1,5 1,5−1™ 1−0,5 0,5−03 <0,3.

Число зерен 2 7 15 22 22 10 78.

2,6 9,0 19,2 28,2 28,2 12,8 100.

Заключение

.

Исследования, посвященные коренной алмазоносности Вятско-Камской впадины, позволили решить следующие задачи.

Изучены литологические особенности мезозойских отложений Вятско-Камской впадины. Совместно с этим установлены и подтверждены источники питания обломочного материала бассейна осадконакопления. С помощью данных исследований был установлен и детально охарактеризован среднеюр-ский промежуточный коллектор алмазов, что многократно облегчает последующие поисковые работы, связанные с валовым опробованием на мелкие алмазы и минералы спутники. В рамках литологических исследований установлено присутствие в тяжелой фракции терригенных отложений Вятско-Камской впадины минералов-индикаторов, типоморфные особенности которых невозможно объяснить только источниками дальнего сноса. Генетические диаграммы, химический состав, степень сохранности и др. указывают на присутствие среди источников питания местных или близлежащих пород.

Впервые рассмотрена проблема крупномасштабного минерагеническо-го районирования. Произведено выделение потенциально алмазоносных ми-нерагенических зон. Они выделены по комплексным данным, полученным как предыдущими исследователями, так и в ходе собственных работ. Анализ глубинной разломной тектоники в комплексе с минералогическими критериями позволил выделить три потенциально алмазоносные минерагениче-ские зоны. Сделана попытка определения границ перспективных участков, соответствующих по масштабу алмазоносным минерагеническим районам и полям. В этих построениях основную роль сыграли данные тектонического строения территории и результаты пространственного анализа минералогических данных. С помощью минералогических исследований были установлены ореолы рассеяния минералов-индикаторов кимберлитового и родственного ему магматизма и выявлены аномалии концентраций крупных индивидов. Установлены зоны распространения минералов гидротермального происхождения, что указывает на глубинную активность тектонических разломов. Оконтурены площади трех перспективных на обнаружение кимберлитов участков: Керосского, Серебрянского и Кирсинского. При этом учтена их возможная приуроченность к региональным рифтогенным структурам.

При выделении перспективных участков впервые применена методика определения проницаемых зон земной коры по измерениям плотности гидросети. Данная методика была апробирована на территории Якутской алмазоносной провинции, в результате чего установлена прямая корреляционная зависимость между измеренной величиной и пространственным расположением кимберлитовых тел [39]. На территории Вятско-Камской впадины анализ гидросети решал обратную задачу.

Несмотря на широкое применение минералов-индикаторов как поисковых критериев следует учитывать^ что «слепое» использование этого метода поисков еще не привело к положительным результатам на территории Восточно-Европейской платформы. Необходимо учитывать некоторые ограничения, которые накладываются на применение шлихоминералогического метода. Осложняет ситуацию слабая распространенность минералов-индикаторов (главным образом пиропов и хромдиопсидов), что объясняется перемывом раннемезозойской коры выветривания, где они были уничтожены. Источником большей части пиропов и хромдиопсидов, присутствующих в отложениях средней юры, являются породы (возможно кимберлиты, но неалмазоносные) удаленные на сотни километров. Однако среди этих зерен встречаются индивиды, которые по типоморфным особенностям можно отнести к местным источникам питания.

С помощью устойчивых минералов индикаторной ассоциации (высокохромистых хромшпинелидов и пикроильменита) возможно решать поисковые задачи. Однако встречаемость ильменита оценивается тысячами зерен на 1 м терригенного материала и обнаружить среди них пикроильменит крайне сложно. Хромшпинелиды имеют более высокое поисковое значение. Встречаемость высокохромистых разностей в среднем составляет 1−2 зерна на шлиховую пробу. Особое поисковое значение приобретают находки мелких алмазов, которые являются прямым поисковым критерием на алмазоносные кимберлиты.

В результате совместных исследований ЦНИГРИ и ВСЕГЕИ на территории северо-западной части ВКВ были выделены перспективные на обнаружение мезозойских кимберлитов площади, отнесенные к площадям второй очереди, которые отличаются недостаточной геологической изученностью [5]. В ходе диссертационных исследований обоснованы более высокие перспективы данной территории на коренные источники алмазов.