ПРОИСХОЖДЕНИЕ КИМБЕРЛИТОВ

В раннем протерозое наблюдалось происхождение алмазоносных кимберлитов, лампроитов, карбонатитов и родственных им щелочно-ультраосновных пород (включая Хибинские апатитоносные нефелиновые сиениты). Изотопные составы углерода в алмазах невозможно объяснить без привлечения корового вещества (Галимов, 1978).

Аналогичная ситуация наблюдается и в высокотемпературных глубинных ассоциациях карбонатитов и кимберлитов: изотопные составы углерода и кислорода показывают, что в образовании карбонатного вещества этих пород принимает участие коровая углекислота первично-осадочного происхождения (Кулешов, 1986).

Алмазоносные кимберлиты и родственные им породы возникли за счет затягивания по древним зонам субдукции на большие глубины (до 200 -250 км) под архейские щиты железистых океанических осадков раннего протерозоя. Из-за большой плотности железистых осадков они сами ““провалились” в зоны субдукции и были здесь “смазкой”. Поэтому зоны субдукции свекофеннской орогении и в среднем протерозое были амагматичными, без характерного для островных дуг известково-щелочного вулканизма.

Момент формирования глубинных расплавов строго ограничен эпохой второй половины раннего протерозоя, так как в архее еще не существовало условий для генерации известково-щелочных магм, поскольку высокая тектоническая активность и очень большие тепловые потоки не допускали увеличения мощности континентальных литосферных плит выше 60––80 км, а зон субдукции не было. Первые зоны субдукции возникли после выделения земного ядра в конце архея и мощность архейских континентальных литосферных плит стала быстро возрастать и к концу раннего протерозоя достигла предельных значений в 250 км, что и создало условия для возможности формирования глубинных (алмазоносных) расплавов около 2,2 млрд лет назад.

О существенной роли железа в составе исходного осадочного вещества, затянутого в раннем протерозое под архейскую кору говорят карбонатит-магнетитовые и апатит-магнетитовые месторождения в интрузиях центрального типа, расположенных в провинциях распространения щелочно-ультраосновных комплексов. На Кольском полуострове такими железистыми интрузивными комплексами являются месторождения магнетита в массивах Ковдор и Африканда. Содержание железа в них достигает 27%, хотя валовый состав пород, слагающих эти месторождения, за вычетом железа, напоминает карбонатно-глинистые и фосфороносные осадки апвеллинговых зон океанов.

Кимберлиты и лампроиты считаются глубинными породами, возникшими из пелагических осадков. Углерод, фосфор, азот, большинство литофильных элементов (Li, B, F, Cl, K, Ti, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Cs, Ba, Ta, Pb, Th, U), вода и другие флюиды в алмазоносных породах представляют не мантийное, а первично-осадочное, чисто экзогенное происхождение. Об этом свидетельствуют высокие концентрации и спектры редкоземельных элементов, отношения калий/натрий, торий/уран, изотопы водорода, кислорода, серы и стронция в кимберлитах, а также газово-жидкие включения в алмазах H2O, H2, CH4, CO2, CO, N2, Ar, C2H4 и даже этиловый спирт C2H5OH (Melton, Giardini, 1974, 1975). О том же говорят и сдвиги изотопных отношений углерода в кристаллах алмазов, явно несущие на себе биогенные метки.

Возраст кимберлитов, судя по стронциевым и свинцово-изотопным отношениям в омфацитах и включениям в алмазы, оказывается раннедокембрийским, близким к 2––2,5 млрд лет (Доусон, 1983). По традиционной интерпретации алмазы считаются мантийными образованиями.

Однако, судя по работе Дж. Доусона (1983), начальные изотопные отношения 87Sr/86Sr в минералах кимберлитов и родственных им пород нижними значениями от 0,703 до 0,705 (для бесфлогопитовых образцов) полностью лежат в поле таких же отношений раннепротерозойских осадков. Максимальные значения наблюдаются во флогопитсодержащих, т.е. щелочных кимберлитах с повышенным содержанием в них рубидия. При этом для эклогитов эти отношения лежат в пределах 0,701-0,703, что для мантийных пород также отвечает возрасту раннего протерозоя. Повышенные значения 87Sr/86Sr в некоторых образцах эклогитов можно объяснить щелочной контаминацией базальтов, происходившей на стадии гидратации исходной океанической коры хлоридными водами раннепротерозойского океана.

Свидетельства первично-приповерхностного происхождения несут в себе и встречающиеся в кимберлитах ксенолиты эклогитов: несмотря на явно глубинные ассоциации минералов, их валовый состав соответствует океаническим толеитовым базальтам, выплавляемым лишь на глубинах до 35 км под рифтовыми зонами океанов. Все это свидетельствует о приповерхностном уровне формирования комплекса кимберлитов в раннем протерозое, последующего их погружения на большие глубины и нового стремительного подъема к поверхности со скоростями 30––50 м/с в последующие геологические эпохи.

Температура литосферных плит на глубинах 200 -250 км достигает 1400 -1500 °С при температуре плавления мантийных пород на этих же глубинах около 1800 -1850 °С и превышает температуру плавления водонасыщенных осадков, равную 700-800 °С, поэтому затянутые в зоны субдукции на большие глубины осадки неизбежно плавились и дифференцировались путем ликвации расплавов. Тяжелая железистая фракция осадков погружалась в мантию, а их легкая карбонатно-силикатная матрица сохранялась в низах литосферы в виде очагов глубинных магм.

Н.О. Сорохтин (2001) показал, что это формирование кимберлитов и карбонатитов полностью отвечает наблюдаемым в этих породах распределениям изотопов неодима и стронция. Действительно, происходившее в прошлом частичное плавление мантии порождало магмы с низкими отношениями Sm/Nd по сравнению с мантийным веществом.

Образовывавшиеся из такой магмы базальты и продукты их преобразования –– коровые породы (гранитоиды и осадки), в настоящее время имеют более низкие отношения 143Nd/144Nd, чем в мантии, т.е. характеризуются отрицательными значениями еNd. В противоположность этому твердые фазы мантийного вещества, которые остались после удаления магмы, имеют более высокие отношения Sm/Nd, чем в резервуаре первичной мантии. Г.Фор отмечает, что породы, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи из таких остаточных твердых фаз после удаления из них магмы, характеризуются повышенными значениями отношений 143Nd/144Nd, следовательно, и карбонаты, возникшие в раннем протерозое из таких ультраосновных реститов путем их серпентинизации характеризуются более высокими отношениями 143Nd/144Nd по сравнению с современными мантийными породами и положительными значениями еNd.


Положительные значения еNd показывают, что породы произошли из остаточных (реститовых) твердых фаз мантийного резервуара после удаления из него магмы в некоторый более ранний момент времени (Фор, 1989).

Магма, образовавшаяся в результате частичного плавления мантии, имеет более низкое отношение Sm/Nd по сравнению с мантийным резервуаром, тогда как остаточная (реститовая) твердая фаза характеризуется более высокими отношениями Sm/Nd. В результате современные отношения 143Nd/144Nd в породах, образовавшихся из силикатного расплава, оказываются меньшими, чем в мантии, а в породах, образовавшихся из реститов, наоборот, –– всегда большими.

Так, для осадочных пород архея и раннего протерозоя, сформировавшихся из дифференциатов мантии или их производных (базальтов, тоналитов, диоритов или гранитоидов), параметр еNd может быть только отрицательным. В противоположность этому карбонатные осадки, образовавшиеся из ультраосновных пород раннего протерозоя после их серпентинизации, должны обладать положительными значениями еNd. В результате смешения осадков разного происхождения и в зависимости от соотношения их масс в реальных кимберлитах и карбонатитах наблюдается весь спектр таких значений от ––40 до +10……+20, в том числе и еNd = 0.

Носителями положительных значений еNd должны быть карбонаты магния –– магнезит и доломит. Однако в карбонатитах и кимберлитах доминируют кальциевые карбонаты, так как в очагах кимберлитовых и карбонатитовых расплавов происходят обменные реакции, при которых магний переходит в силикаты, а кальций –– в карбонаты, например:

CaMg(Si2O6) + MgCO3 --- Mg2(Si2O6) + CaCO3 + 0,75 ккал/моль, диопсид магнезит энстатит кальцит

После возникновения в последующие геологические эпохи тектонических условий растяжения древних щитов образовавшиеся таким путем глубинные магмы вместе с кристаллами алмазов стремительно извергались на дневную поверхность, формируя там диатремы алмазоносных пород.
Судя по оценкам, скорость подъема кимберлитовых магм достигала 30 -50 м/с.

В рассматриваемой модели алмазы образуются путем восстановления углерода по реакции взаимодействия окиси углерода или углекислого газа с метаном и другими углеводородами органического и абиогенного происхождения, затянутыми вместе с осадками на большие глубины. Для образования кристаллических форм углерода необходима экзотермическая реакция, приводящая к снижению внутренней энергии системы. Таким условиям удовлетворяют реакции соединения углеводородов с окисью углерода и углекислым газом, протекающие с выделением энергии, например:

СН4 + СО2 --- 2С + 2Н2О + 24,6 ккал/моль,
СН4 + 2СО ---3С + 2Н2О + 65,9 ккал/моль.

При умеренных давлениях образуется графит, а при высоких давлениях кристаллизуется алмаз. Углекислый газ в зонах субдукции освобождается за счет термической диссоциации карбонатов, а окись углерода возникает при окислении двухвалентного гидрата железа (амакинита) до трехвалентной гидроокиси (гётита):

Fe(OH)2 + CO2 --- FeO(OH) + CO + H2O + 3,4 ккал/моль.

Помимо углеводородов органического происхождения в образовании алмазов участвует и абиогенный метан, а также водород. Реакцию образования алмаза можно записать в форме

2H2 + CO2 --- C + 2H2O + 42,6 ккал/моль.

Кроме кимберлитов аналогичными геохимическими особенностями отличаются и менее глубинные, но также магматические щелочно-ультраосновные породы, например, карбонатитовые интрузии Ковдора и Африканды, а также Хибинские месторождения апатит-нефелиновых руд на Кольском полуострове. Так, в минералах хибинских сиенитов и апатитов (в нефелине, эвдиалите и полевых шпатах) обнаружены углеводородные газы. Встречаются и высокомолекулярные (до С20) битумоиды парафинового ряда, нафтеновые и ароматические углеводороды, производные сложных эфиров, насыщенных стероидов и карбоновых кислот. Фактически в составе битумоидов
этих щелочных пород установлены соединения всех классов, характерных для битумоидов осадочных пород: масла, бензольные и спиртобензольные смолы, асфальтены и др.

Aнорогенные граниты рапакиви. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭКЗОГЕННЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ