Гранаты из алмазоносных пород Кокчетавского комплекса и кимберлитовых ассоциаций

Алмаз в метаморфических породах привлёк внимание исследователей, когда в гранито-гнейсах, биотит-гранатовых гнейсах, карбонатно-силикатных и гранат-клинопироксеновых породах метаморфических эклогитоносных комплексов (Кокчетавском, а, позднее, и в некоторых других) были обнаружены многочисленные кристаллы алмаза кубической формы, иногда скелетовидные, размером 10-15 мкм.

Первоначально алмазоносность таких комплексов связывалась с эклогитами (по аналогии с кимберлитовыми ассоциациями). Эклогиты рассматриваемого региона представляют одну из характерных разновидностей горных пород. Это - гранат - клинопироксеновые породы, в которых пироксен, называемый омфацитом, представлен твердым раствором обычных диопсид-геденбиргитовых составов Ca(Mg, Fe)[Si2O6] с жадеитом NaAl[Si2O6]. Обычными для эклогитов минералами являются кварц, рутил, амфиболы. По поводу генезисов эклогитов нет единого мнения. Некоторые из исследователей считают эти породы первично магматическими (бывшими основными, например базальтами и габбро), которые впоследствии подвергались метаморфическим изменениям. Другие полагают, что эти породы сформировались путем непосредственной кристаллизации из основных расплавов, застывших в условиях сверхвысоких давлений (когда устойчивой ассоциацией является кварц + омфацит + гранат). Наконец, существует представление о том, что эклогиты - отторженцы глубинного вещества верхней мантии. Ясное представление об этих породах можно получить на основе комплексного изучения их геологического строения и минералого-петрологических особенностей, что составляет одну из современных проблем исследований месторождений алмаза.

Однако, в самих эклогитах Кокчетавского комплекса алмаз, вопреки ожиданиям, обнаружен не был. Алмазоносными породами оказались некоторые разновидности гранито-гнейсов, биотит-гранатовых гнейсов, карбонатно-силикатных и гранат-клинопироксеновых пород. Интересные результаты были получены из лаборатории месторождений алмаза кафедры минералогии геологического факультета МГУ (Гаранин ). Они основываются на детальном минералого-петрографическом изучении слаборазгнейсованных лейкратовых гранитов, содержащих многочисленные включения кристаллов алмаза и реликтов коэсита 20-100 мкм. Из 82 г. породы было извлечено 303 кристалла алмаза кубической и кубооктаэдрической формы, реже октаэдрической. Установлено, что подавляющая часть кристаллов алмаза и коэсита тяготеет к центральной части зёрен гранатов. Диагностика алмаза выполнена методами растровой электронной микроскопии и романовской спектроскопии. Интересно отметить, что гранат с микровключениями алмаза и коэсита относится к спессартинальмандиновому ряду с небольшими содержаниями пироповой и гроссулярной компонент. Сравнение алмазов центральных и периферийных частей зёрен гранатов указывает на различие в содержаниях кальция, марганца, железа, алюминия и подтверждает наличие зональности этого минерала выявленной по распределению включений в гранате. Эти данные указывают на широкий диапазон термодинамических параметров среды кристаллизации, приводящей к образованию кристаллов алмаза.

В будущем метаморфические породы могут явиться новым источником промышленных кристаллов алмаза. Свойства этих алмазов могут оказаться уникальными хотя бы потому, что условия их образования резко отличны от РТ-параметров среды кристаллизации алмазов из лапроитовых и кимберлитовых ассоциаций. Важно отметить, что кристаллы алмаза из метаморфических пород практически не имеют включений. Вместе с тем, близкие к ним по размерам синтетические кристаллы алмаза содержат многочисленные включения металлов, используемых в качестве катализаторов при синтезе. Это обстоятельство указывает на значительные преимущества мелких кристаллов метаморфического генезиса по сравнению с искусственно получаемыми кристаллами тех же классов крупности, если рассматривать алмаз как технический материал.

Месторождения алмаза метаморфического генезиса, судя по их геолого-тектонической позиции, должны быть не менее распространёнными, чем месторождения алмаза кимберлитового генезиса, приуроченные к кимберлитовым трубкам и известные в настоящее время в различных точках земного шара (Гаранин 1989).

Кокчетавский комплекс сложен литологически различными типами первично - осадочных и магматических пород, регрессивно метаморфизованных в условиях амфиболитовой фации (Перчук и др., 1996). Прежде всего, это сланцы, гнейсы, эклогиты, карбонатно - силткатные породы, гранатовые амфиболиты и редкие тела будинированных гранатовых перидотитов.

Эклогиты и апоэклогитовые амфиболиты.

Эклогиты и апоэклогитовые амфиболиты Зерендинской серии Кокчетавского массива достаточно подробно описаны в работе В.С. Шатского с соавторами (1989). Свежие эклогиты встречаются очень редко. Они сложены розовым гранатом альмандин - гроссуляр - пиропового ряда, ярко - зелёным омфацитом, кварцем и рутилом. В переходных разновидностях наряду с перечисленными минералами встречаются тёмно - зелёная роговая обманка, фенгит, биотит, цоэзит, акцессорные минералы - циркон, апатит, сфен. Типоморфным минералом эклогитов является рутил. Его содержание может достигать первых процентов. Эклогиты подвержены ретроградным изменениям с наложением минерального парагенезиса амфиболитовой, а иногда и эпидот - амфиболитовой фации. Следствие таких изменений - появление на контактах зёрен граната и омфацита, амфибола, а также амфибол - плагиоклазовых и амфибол - кварцевых симплектитов. Нередко по амфациту образуются пироксен - плагиоклазовые симплектиты (Шацкий, Соболев, 1985); рутил замещается ильменитом; появляется калиевый полевой шпат. При высокой степени амфиболезации эклогиты превращаются и гранатовые амфиболиты, состоящие из граната, амфибола, кварца, плагиоклаза, иногда - клинопероксена. Несмотря на постепенность перехода эклогита в амфиболит, амфиболизация эклогитов крайне неравномерна. Так, свежий эклогит и апоэклогитовый амфиболит иногда можно встретить в пределах одного шлифа. Вместе с тем, ретроградное аллохимическое превращение эклогитов в гнейсы и/или сланцы не установлено.

По структурным и текстурным признакам намечаются два типа эклогитов. Первый обладает пойкилопарфирогранобластовой структурой и гнейсовидной текстурой. Изометричные парфиробласты граната достигают 5-8 мм и содержат большое количество пойкилитовых включений омфацита, кварца, амфибола, циозита; реже наблюдается плагиоклаз, калиевый полевой шпат и хлорит. Количество включений уменьшается от центра зёрен к их краям. Порфиробласты траната в большинстве случаев оконтурены каймами тёмно - зелёного амфибола. Гнейсовидная текстура создаётся зёрнами омфацита, амфибола и цоизита. Они имеют удлинённую таблитчатую форму и длину до 1мм.

Эклогиты первого структурного типа слагают гору Сулу-Тюбе и распространены в её окрестностях. Ими сложены блоки размерами от первых до сотен метров. Наряду с будинами гнейсов и амфиболитов они залегают в двуслюдяных сланцах и мраморах, несущих следы пластических деформаций. По данным детальной съёмки (Dobrzhinetskya et al.,1994) структурные элементы в будинах и вмещающих породах не конформны. Это может служить доказательством развития здесь тектонического меланжа.

Эклогиты второго типа обнажаются на участке Кумдыкуль, Чаглинка, Уялы и Карабулак. На участке Кумдыкуль будины эклогитов залегают в гранат - биотитовых и турмалиновых гнейсах, двуслюдяных и гранат - двуслюдяных сланцах и карбонатно-силикатных породах.

В 2 км севернее горы Сулу - Тюбе структура эклогитов становится гранобластовой, а текстура гнейсовидной, "дендритовой". Зёрна омфацита (0,5 и 2 мм) в них крупнее зёрен граната. Размер последних варьирует в пределах 0,05 - 0,8 мм. Изометричные зёрна граната практически не содержат пойкилобластовых включений. В подавляющем большинстве случаев они образуют скопления неправильной формы - ветвящиеся и причудливо изгибающиеся цепочки вблизи зёрен омфацита. Реже мелкие зёрна граната встречаются в виде включений в омфаците. В отличие от эклогитов первого типа здесь отсутствует высокоглинозёмистая роговая обманка, но они содержат до 20% кварца. Биотит и фенгит составляют не более 1- 2%. Омфацит богаче жадеитом на 5 - 19 мас.%.

Не исключено, что между первым и вторым типами эклогитов существует постепенный переход, проявленный в уменьшении размеров зёрен граната и количестве в нём пойкилитовых включений.

Гиперстеновый долерит - субвулканический аналог габбро - норита, и развивающееся по нему друзиты в пределах Кокчетавского массива впервые были описаны (Перчук и др., 1969 ) на участке Енбекберлык. Они слагают серею пластообразных будинированных тел мощностью от 5 до 10-15 метров. По простиранию друзиты прослеживаются на десятки и сотни метров, образуя складки с крутопадающими осями. Залегают они конформно с директивным направлением сланцеватости во вмещающих сланцах и гнейсах.

Долериты представляют собой мелко зернистую породу с неоднородной структурой (от долеритовой через дендритовую до друзитовой), образованной основным плагиоклазом, авгитом с реликтами ортопироксена и рудным минералом - сростками ильменита и титаномагнетита. Плагиоклаз образует табличные зёрна длиной до 0,3мм; авгит находится в интерстициях зёрен плагиоклаза, а рудный минерал образует порфировидные выделения неправильной формы (до 0,5, реже до 1мм в сечении). В незначительных количествах присутствует биотит. По трещинам в ортопироксене местами развивается калиевый полевой шпат.

По первичному долеритовому парагенезису развиваются салит - гранатовые ассоциации, образующие характерные коронарные структуры: на границах зёрен ортопироксена с плагиоклазом появляются каймы гранат. Схематически эта реакция имеет такой вид: 5FeSiO3+CaAl2Si3O8= CaFe2Al2Si3O12+4SiO2+Fe3O4. Микронные чешуйки кварца, возникшего по этой реакции, обнаружены в реакционном гранате этих пород. Каймы граната образуются и на контактах рудных минералов с плагиоклазом. На контактах авгита с плагиоклазом образуется новый более кальциевый клинопероксен. Содержание жадеитового компонента в нём составляет около 2 мас.%. Здесь также происходит выделение свободного кремнезёма, а в клинопероксене возникают микронные зёрнышки практически чистого магнетита. Во всех рассмотренных случаях минеральных реакций плагиоклаз становится более натровым. Развитие друзитовых структур крайне неоднородно.

Вкрест простирания тела наблюдается чередование достаточно свежих долеритов с друзитами, в пределах первых сантиметров переходящих и эклогиты. Кроме того, приконтактовые части долеритовых тел в ряде случаёв не подвержены реакции "эклогитизации". Такая крайне неравномерная эклогитизация отмечалась во многих метаморфических комплексах (Удовкина 1971) эклогитовой фации метаморфизма. Причина этого явления не ясна, хотя известно много гипотез. Так, например, Н.В. Соболев и В.С.Шацкий (1986) связывают его с влиянием флюидов и локальных тектонических напряжений на скорость и полноту протекания реакции эклогитизации.

Это наиболее разнообразная из всех описываемая группа пород зерендинской серии. Кроме кварца и полевых шпатов в них обнаружены гранат, биотит мусковит, клинопероксен и роговая обманка. Среди акцессорных минералов - сульфиды железа, циркон, апатит, ильменит (или титаномагнетит), сфен, турмалин, рутил.

На участке Кумды Куль встречаются гранат - турмалин - двуслюдяные плагиогнейсы, в которых турмалин буровато - зелёного цвета образует практически идиоморфные длиннопризматические выделения. Здесь же описаны клинопероксеновые плагиогнейсы, содержащие более меланократовые участки неправильной угловатой формы шириной до 5 мм. Такие участки отличаются от основной массы тем, что содержат большое количество клинопероксена (диопсид - геденбергитового ряда), по которому развивается густо - зелёная роговая обманка, образующая омёбовидные порфиробласты. Акцессорные минералы представлены цирконом и сфеном.

Кроме описанных выше пород, на участке Кумдыкуль встречаются также двуслюдяные, гранат - биотитовые и гранат - двуслюдяные гнейсы и сланцы с андалузитом и силлиманитом. Иногда в них можно наблюдать практически полностью изменённые многочисленные реликты кордиерита. Некоторые из этих пород содержат графит. Все породы характеризуются наличием плоскостных текстурных элементов и практически во всех в той или иной степени проявлена полосчатость.

С точки зрения метаморфической эволюции комплекса весьма интересны гранат - кианитовые сланцы участка Кулет. Являясь вмещающими по отношению к эклогитам, они состоят из слюды, мелких зёрен кварца, крупных длиннопризматических кристаллов кианита (длинной до первых сантиметров) и крупных (0,5мм - 3см) изометричных и практически идиоморфных порфиробластов граната. Эти порфиробласты содержат включения большого количества других минералов (кварца, хлорита, ставролита, биотита и др.), зональное расположение которых отражает проградный метаморфизм.

Для гнейсов Кокчетавского комплекса типична ассоциация: Bt+Grt+Ky+Qtz+Phg+Pl+Sph+Kfs+Rt+Ore. Она соответствует амфиболитовой фации метаморфизма. Вместе с тем гранат и циркон из этих пород наряду с алмазом и коэситом нередко содержит и ультравысокобарные ассоциации минералов. К их числу (Шацкий,1990) относится парагенезис высокоглинозёмистого (Al2O3=11,7 мас %) сфена с кианитом, гранатом, коэситом и рутилом (реакция Grt+Rt+Cos=Sph+Ky, отражающая условия алмазной фации глубинности (Manning, Bohlen, 1991)).

Гранатовые перидотиты обнаружены лишь в районе озера Кумдыкуль и представлены типичной для них ассоциацией клинопероксен + ортопироксен + гранат + оливин +(-) роговая обманка. Местами встречаются очень свежие, не затронутые ретроградными процессами разновидности.

Карбонатно-силикатные породы.

Обычно они сложены ассоциацией: Qtz+[-]Cos+Cal+Cpx+Grt+Dol+[-]Ep+[-]Sph. Такие породы встречаются в тесной ассоциации с эклогитами либо сосуществуют с эклогитовой ассоциацией в меланжированных мраморах, содержащие будины эклогитов. Алмаз и коэсит обнаружены в корбанатах, залечивающих трещинки в гранате. Карбонаты заполняют также межзерновое пространство в матрице породы в виде своеобразных зон, которые, однако, трудно связать с процессом карбонатизации. Они скорее создают впечатление механического смещения (микромеланжа) карбонатного и силикатного (эклогитового) материалов. Довольно часто встречается гранат, образующий с клинопироксеном линзовидные скопления, прослои, жилоподобные тела. Карбонаты основной массы представлены главным образом доломитом, а идиоморфные включения карбоната в гранате - кальцитом. Для пироксена характерно высокое, до 1,2 мас.%, содержание калия. Иногда в нём наблюдаются ламелли калиевого полевого шпата, появление которых может быть обусловлено распадом твёрдого раствора калиевого пироксена (Шацкий, 1991). В породах обнаружены ураганные до 2000 карат на тонну, содержание микроалмаза.

Пироксен-гранатовые породы.

Описанные выше карбонатно-силикатные породы в Кокчетавском массиве обычно ассоциируют с так называемыми пироксен - гранатовыми метосоматитами (Екимова и др.,1992). Они представлены двумя разновидностями. Первая отличается яркостью окраски и крупнозернистой до гигантозернистой структурой. Характерна слабая полосчатость. Содержание кварца и карбонатов варьирует в узких пределах и не превышает 5-7 %. Включения микроалмазов редки, но в гранатах сохраняются реликты калийсодержащих клинопероксенов. Ещё одна особенность пироксен - гранатовых пород рассматриваемого типа - многочисленные ламелли калиевого полевого шпата в частях крупных зёрен салита из матрицы пород. Впервые они были обнаружены В. С. Шацким (1990), предположившим их образование в результате реакции калиевого пироксена со свободным кремнезёмом при понижении давления.

Второй тип пироксен - гранатовых пород представлен средне - и мелкозернистыми разновидностями, содержащими карбонаты, кварц, алмаз, сфен, рутил, иногда роговую обманку, эпидот и хлорит.

Пироксен - гранатовые породы часто приурочены к зонам контакта карбонатно-силикатных пород и гнейсов. Иногда они возникают по карбонатно-силикатным породам и, частично, по эклогитам. Геологическое положение пород, их состав и вариации состава минералов наводят некоторых авторов (например, Екимова и др., 1992) на мысль об их метасоматической природе.