реферат пи. Реферат по дисциплине Основы учения о полезных ископаемых Тема реферата Особенности геологического строения и механизм образования кимберлитовых тел

• Название: Реферат по дисциплине Основы учения о полезных ископаемых Тема реферата Особенности геологического строения и механизм образования кимберлитовых тел
• Дата: 15.09.2022
• Размер: 0.95 Mb.
• Имя файла: реферат пи.docx
• Тип: Реферат; #679198

Министерство образования и науки Российской Федерации



Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

РЕФЕРАТ

по дисциплине Основы учения о полезных ископаемых

Тема реферата: «Особенности геологического строения и механизм образования кимберлитовых тел».

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Выполнил: студент группы МГП-19 _______________ Цыренова Е.А.

Дата:______________

Проверил: Профессор _______________ Козлов А.В.

г. Санкт-Петербург
2022

Оглавление

Введение

Кимберлит —это особая магматическая порода, бедная кремнекислотой и с несколько повышенной щелочностью. Состоит в основном из серпентина, оливина и слюды. Кроме того, в кимберлитах встречаются (но не обязательно присутствуют во всех кимберлитовых телах) алмаз, гранат (пироп), ильменит, хромдиопсид и другие минералы. Но повышенное внимание кимберлиты получили не только из-за промышленной ценности, а из-за того, что корни кимберлитовых тел уходят далеко в глубь Земли и благодаря особому геологическому положению кимберлиты выносят на поверхность обломки глубинных пород, слагающих земные недра, которые недоступные для прямых наблюдений. О том, чем сложена Земля на больших глубинах, мы можем судить только по косвенным геофизическим данным, так как даже самые глубокие шахты не опускаются ниже первых километров, и нет ещё такого прибора, который позволил бы нам заглянуть вглубь Земли. В этих условиях все предположения о строении земных недр оставались бы на уровне гипотез, если бы не было возможности изучать глубинные горные породы, обломки которых встречаются в кимберлитах и называются мантийными ксенолитами.

Впервые кимберлиты привлекли внимание ученых в 1877 году, когда геолог К. Льюис, приехавший на недавно открытые алмазоносные прииски Южной Африки, дал первое петрографическое описание этой породы и предложил название «кимберлит». Изначально Льюис назвал так породы, содержащие алмазы и выполняющие округлую депрессию, имеющую форму воронки, но позже это название было распространено также на породы со сходным составом (но без алмазов), которые встречаются поблизости от алмазоносных кимберлитов.

Глава 1. Распространение кимберлитов и их возраст.

Кимберлиты найдены на всех континентах (рис. 1), а наиболее широко они представлены в Африке. На этом континенте разведано несколько крупных кимберлитовых провинций: Южно-Африканская, Западно-Африканская, Танзанийская, Намибийская, Ангольская. Три кимберлитовые провинции известны в Азии: Якутская, северо-восточная Китайская и Индийская (рис. 1). Якутская кимберлитовая провинция ограничена докембрийской Сибирской платформой. Проявления кимберлитов в Сибири известны в складчатых системах Таймыра и Присаянья, окружающих Сибирскую платформу. Кимберлиты установлены также в Северо-Западной Австралии (Новый Южный Уэльс, Виктория), США (Сомерсет, Колорадо-Вайоминг), Канаде (Диавик, Снэп Лэйк, Лак де Грас), Бразилии (Джуина), Западной Гренландии (Маджуагаа) (рис. 1). В Европе выделены Архангельская и Финская кимберлитовые провинции, приуроченные к Балтийскому щиту. Приазовская кимберлитовая провинция ограничена Украинским докембрийским щитом (рис. 1) [3].



Рис.1. Схема размещения кимберлитов. Области, закрашенные коричневым, показывают границы кратонов с возрастом фундамента 1,5 млрд лет. Красные ромбы - области распространения алмазоносных кимберлитов (Mitchell,1995).
Кимберлиты имеют различный возраст (от 70 до 1200 млн лет), но большинство из них приурочено к особым геологическим структурам – древним платформам или кратонам. Лишь небольшая часть кимберлитовых проявлений выявлена в складчатых поясах, окружающих эти кратоны [3]. В строении всех древних кратонов геологи выделяют два этажа: нижний – складчатый фундамент, сложенный архейскими, и верхний – осадочный чехол, сложенный более молодыми пологозалегающими породами. Кимберлитовые тела прорывают оба типа пород и выносят их обломки на поверхность. Подобие, наблюдающееся в составе обломков, найденных в кимберлитах, и в составе пород, извлеченных при бурении скважин, позволяет с большой долей уверенности полагать, что и другие обломки пород, встреченные в кимберлитах, являются фрагментами еще более глубоких зон земной коры [3].

Возраст кимберлитов может очень широко варьировать в пределах одной провинции. Например, в кимберлитовой провинции Северо-Западных Территорий Канады, приуроченной к кратону Слэйв, самые древние кимберлиты имеют возраст 613 млн. лет. Однако находки алмазов в аркозах и конгломератах позднего архея и раннего протерозоя свидетельствуют о том, что кимберлитовый магматизм проявлялся и в более древние периоды геологического времени. Но кимберлитовые тела такого возраста не найдены. В пределах Южно-Африканской провинции самые древние кимберлиты с возрастом 1600 млн. лет выявлены в провинции Куруман. Возраст 1200-1250 млн. лет имеют кимберлиты одной из самых известных трубок ЮАР - Премьер. Появление этих кимберлитов связывают с докембрийской активизацией кратона, проявленной также в мощном импульсе щелочного магматизма (сиенита, трахиты, карбонатиты). Докембрийский (позднерифейский) возраст (1140 млн. лет) имеют также кимберлиты Индии. Большинство алмазоносных кимберлитов Сибирской платформы имеют позднедевонский или раннекаменноугольный возраст. Например, возраст кимберлитов трубки Мир (Мало-Батуобинское кимберлитовое поле) -360-410 млн. лет, трубки Удачная и Сатыканская (Далдын-Алакитское кимберлитовое поле) - 345-350 млн. лет и 444 млн. лет, соответственно. Близкий возраст имеют кимберлиты США, и Архангельской провинции (380-360 млн. лет). Очень широко представлены кимберлиты мезозойского возраста. Большинство южноафриканских кимберлитов имеют послеюрский возраст (140-80 млн.лет), поскольку прорывают каменноугольные-юрские вулканогенно-осадочные комплексы Карру. На северо-востоке Сибирской платформы кимберлитовые трубки прорывают траппы триасового возраста и перекрываются нижнеюрскими осадочными породами. Caмыми молодыми алмазоносными кимберлитами считаются кимберлиты трубок Экати и Диавик в Северо-Западных Территориях Канады (56-53 млн. лет) и трубка Мвадуи в Танзании (52 млн. лет). Существуют сообщения о кимберлитовых вулканах района Ингвизи (Танзания) с верхнеплейстоценовым-голоценовым возрастом (30 млн. лет), а также кимберлитовых трубках миоценового возраста (22 млн. лет) в Западной Австралии [3].

В большинстве кимберлитовых провинций алмазоносность кимберлитов проявляет зависимость от их геологического положения. Например, наиболее алмазоносные кимберлиты Южной Африки расположены внутри кратона, тогда как околократонные кимберлиты неалмазоносны или слабоалмазоносны. Исключение составляет чрезвычайно богатая алмазами трубка Венеция (ЮАР) (530-519 млн. лет), которая расположена не в пределах кратона, а прорывает гранулитовый комплекс Лимпопо с возрастом орогенеза 2600-2002 млн. лет, находящийся между кратонами Каапвааль и Зимбабве.
Алмазоносность кимберлитов в некоторых провинциях зависит от их возраста. Палеозойские кимберлиты Сибирской платформы являются алмазоносными (например, трубки Мир, Удачная, Сатыканская, Интернациональная и другие), тогда как мезозойские кимберлиты неалмазоносны или очень слабоалмазоносны. В пределах кимберлитовой провинции Лак де Грас (Канада) самые молодые кимберлиты (56-45 млн. лет) проявляют большую алмазоносность, чем кимберлиты с возрастами 75-64 млн. лет [3].

Глава 2. Геологическое строение и состав кимберлитов.

2.1 Состав кимберлитов

Кимберлит – сложная гибридная порода, в которой совмещены минералы, образовавшиеся в различных термодинамических условиях. Кимберлитовые брекчии содержат обломки осадочных пород чехла и кристаллических пород фундамента, а также ксенолиты глубинных пород мантии. Основная масса породы, цементирующая эти обломки, обладает неравномернозернистой структурой. Такая структура называется порфировой. Она характеризуется присутствием крупных (от 0,5 до 5 см) округлых выделений индикаторных минералов кимберлитов – силикатов и оксидов Mg и Fe: оливина (Mg, Fe)2[SiO4], пироксена (диопсида) CaMg[Si2O6], граната (пиропа) Mg3Al2[SiO4]3 , флогопита K(Mg, Fe)2[AlSi3O10](OH)2 , хромита (FeCr2O4), ильменита (FeTiO3). Эти мегакристаллы сцементированы мелкокристаллической массой, в которой присутствуют те же минералы, но другого размера (менее 0,1 мм), другой формы и другого состава, а также карбонаты, фосфаты и оксиды Ca: кальцит Ca[CO3], апатит Ca5[PO4]3(F, OH)2 , перовскит (CaTiO3). [4]

2.2 Размер и форма кимберлитовых тел

Кимберлиты характеризуются незначительными размерами слагаемых ими тел по сравнению с другими изверженными горными породами. Известны кимберлитовые диатремы (трубки), дайки и силлы (рис. I). Достоверные находки кимберлитовых силлов известны только в Южной Африке. В Сибирской провинции выделяют дайки и жилы, однако четких признаков, различающих дайку и жилу, нет. Так, Надежная Чомурдахского-поля в одних работах названа дайкой, в других — трубкой. Мощность даек обычно больше, чем мощность жил, но точную границу установить трудно. Также известен один пример кимберлитовой кольцевой дайки в Сьерра-Леоне.

2.2.1 Диатремы

Кимберлитовые диатремы представляют собой вертикальные или близкие к вертикальным тела обычно округлого или овального сечения, постепенно сужающиеся книзу. Верхняя часть напоминает бокал – это вулканический кратер, который заполнен мелкообломочными породами – кимберлитовыми туфами. Сужаясь кратер переходит в воронкообразную (диатремовую) часть, сложенную крупнообломочными породами – кимберлитовыми брекчиями. Самая нижняя корневая часть трубок (подводящий канал) сложена массивным кимберлитом. Подводящий канал часто разделяется на несколько частей, каждая из которых с глубиной переходит в дайку – вертикально стоящую плитообразную структуру. [1]


Рис. 2. Схематический разрез кимберлитовой трубки [3]
Помимо округлых и овальных (в плане) встречаются кимберлитовые тела довольно причудливой формы, а в некоторых случаях можно видеть что сечение трубки строго контролируется системами трещиноватости вмещающих пород (рис. 3) [1]


Рис. 3. Контуры выходов на поверхность некоторых кимберлитовых тел. [1]
Диатремы имеют тенденцию группироваться в рои или вытягиваться вдоль удлиненных зон. Диатремы на поверхности занимают небольшую площадь, варьирующую от нескольких гектаров до нескольких квадратных метров [1]. Сведения о площадях выхода на поверхность нескольких наиболее известных диатрем приведены в таблице (Табл. 1) . Площади трубок Мвадуи и АК\1 приближены к истинным размерам диатрем на поверхности, так как эти диатремы эродированы в минимальной степени после их образования , остальные цифры характеризуют трубки, подвергшиеся эрозии. Небольшая площадь выхода даже крупнейший трубки подчеркивает незначительный объем кимберлитовых проявлений [1]. Другие диатремы (например, Мозес -Рок , штат Юта ) являются не чем иным, как расширенными дайками , а лопастевидное снчение таких трубок , как Кау, Удачная , обусловлено совмещением двух и более диатрем. В вeртикальном сeчении бoльшинство диатрeм имеют форму прого перевернутого конуса, сужающегося к низу. Но имеются исключения, как спиралеобразные изгибы, а иногда воронкообразное расширение диатрeмы на поверхности смещено относительно вершины перевернутого конуса (например, трубка Кимбeрли). Контакты диатрем с вмещающими породами в целом очень крутые , около 75-85 градусов, и весьма выдержанные, лишь в близповерхностных частях некоторых малоэродированных диатрем отмечаются пологие контакты [1].


Табл. 1. Площади выхода на поверхность некоторых наиболее крупных кимберлитовых диатрем

Многие большие диатремы выполнены столбами кимбeрлитовых пород различных петрографических типов , поздние сотлбы имеют явно интрузивные взаимоотношения с более ранними. Большинство диатрем содержат 3-4 таких столбов. Эти различные типы рассматриваются как результат нескольких последовательных извержений .

2.2.2 Дайки

Существуют как единичные дaйки , так и рои параллельных даек . на руднике Дe-Бирс имeется сложная дaйка, образовавшaяся в рeзультате многократного внeдрения кимберлитовой магмы [1]. Для нeкоторых даек характeрной чертой является значительная выдержанность, хотя они обычно имеют мощность не более 1-2 м. ( редко 10 м). Такая же выдержанность даек наблюдается и на глубину . Вагнер [7] на руднике Бултфонтей описал метровую дайку , мощность которой имела небольшие вариации до глубины 350 м .

По простиранию даек иногда встречаются более мощные тела кимберлитов , которые называют расширениями даек, хонолитами или раздувами . Они никогда не связаны с поверхностью , являясь линзовидными расширениями даек, отличаются от диатрем линзообразной формой как в вертикальном, так и в горизонтальном сечении, не имеют в своем составе брекчий и не содержат обломков перекрывающих пород, как это имеет место в теллах настоящих диатрем [1].

2.2.3 Силлы

Кимберлитовые силлы встречаются значительно реже , чем диатремы и дайки . Их относительная редкость связана с тем , что для доступности наблюдению уровень современного эрозионного среза должен совпадать с уровнем внедрения этих тонких горизонтальных тел.

Несмотря на это, кимберлитовые силлы известны в районе Кимберли , ЮАР, в Зимбабве , в районах Сингида и Кимали , Танзания , и в юго-западной Гренландии . Кроме того , в Бакванге, Заир , в вертикальных разрезах через некоторые кимберлитовые диатремы обнаружены пологазалегающие пластовые тела мощностью до нескольких десятков метров, протягивающиеся за пределы диатрем на несколько тысяч метров, эти специфическе тела приурочены к контакту между породами основания и перекрывающими их неконсолидироваными мезозойскими осадками. В некоторых случаях имеются указания на тектонический контроль размещения кимберлитовых силлов, например, в юго-западной Гренландии и в районе Сингида , Танзания, где пластовые интрузии кимберлитов выполняют горизонтальные трещины в сильно трещиноватых гранитах, или в районе Кимберли , где пластовая интрузия долеритов играет роль «экрана». Мощности кимберлитовых силлов сильно варьируют даже на небольшой площади , утончаясь к краям тел. Например, в районе Кимберли Силл Весселтон-Флоорс имеет в своей центральной части мощность 45 м , а к краю сильно утоняется , продолжаясь во вмещающих породах в виде тонкого прожилка [1].

2.2.4 Взаимоотношение диатрем , даек и силлов

Некоторые диатремы (например, Кимберли) были отработаны достаточно глубоко, чтобы можно было обнаружить их переход на глубине в дайки или группы даек, пересечения которых являются причиной появления диатрем. На примере взаимоотношений кимберлитовых диатрем и даек в сильно расчлененном горном районе Лесото, можно заключить, что зоны кимберлитовых диатрем являются поверхностным выражением даек на глубине, и кажущееся случайным распределение их в зонах обусловлено наличием близповерхностных ослабленных зон [5]. Кроме того, можно сказать, что диатремы проникают далеко вверх над общим уровнем распределения даек, однако последние близ корней диатрем частично поднимаются [5] . Одной постоянной особенностью является то, что диатремы часто обнаруживают секущие взаимоотношения с так называемыми антецедентными дайками Вагнера [7]. Антецедентные дайки являются представителями более раннего эпизода внедрения даек, которые достигли более высокого уровня по сравнению с дайками — подводящими каналами диатрем; их тесная пространственная связь может быть объяснена тем, что обе серии даек использовали для внедрения одни и те же или смежные трещины. Вопрос о временном интервале между внедрениями этих двух систем даек остался открытым, хотя здесь предполагают небольшую разницу во времени. Раздробленный материал в диатремах также может быть пересечен более поздними дайками, сложенными массивными кимберлитами или кимберлитовыми туффизитами, которые иногда продолжаются во вмещающие породы [1]. Поздние дайки могут быть простыми плоскими телами или иметь изгибы при пересечении трубки. Для большинства кимберлитовых силлов подводящие дайки не установлены. Однако Вагнер [7] на руднике Камфердам в районе Кимберли отмечает киберлитовую дайку , выводящую небольшой силл в хорошо стратифицированные вмещающие сланцы, а силл Солтпетерпан к югу от Кимберли , как было установлено, расположен над меридиональной подводящей дайкой.

Обращая внимание на взаимоотношение диатрем и силлов в районе Кимберли , Вагнер [7] показал, что силлы , располоденные во вмещающих породах диатремы Камфердам , являются продуктом более ранней фазы внедрения малых интрузий кимберлитов высокого уровня . Кроме того, Хоторн [6] сообщает о ряде силлов , выходящих на современную поверхность , которые расположены на 700 м выше перехода таких трубок , как Кимберли и Весселтон, в подводящие дайки. Следовательно , подводящие дайки силлов должны были проникать на значительно более высокий уровень, чем подводящие дайки диатрем. Этим и объясняются взаимоотношения диатрем с анцендентными дайками.

Глава 3. Модели образования кимберлитов.

На основании полученных экспериментальных данных и проведенных исследований глубинных ксенолитов были предложены различные модели формирования алмазоносных кимберлитов. Все они основаны на допущении существования глубинного мантийного магматического очага, из которого вещество доставляется к поверхности с участием смеси газов и жидкости (флюидов). Современные модели учитывают не только температуру и давление, но и такие важные факторы, как присутствие в системе воды, углекислоты, а также изменение летучести (фугитивности) кислорода, то есть окислительно-восстановительный потенциал системы. Это важно для установления поля стабильности алмаза, который может кристаллизоваться лишь в восстановительных условиях, а в окислительных условиях “сгорает”, переходя в графит.

Одной из наиболее хорошо разработанных моделей является модель частичного плавления мантийных пород – гранатовых перидотитов и эклогитов. Согласно этой модели, кимберлитовые магмы образуются в областях под платформами на различных глубинах (от 200 до 100 км) вследствие плавления пород мантии и земной коры. Остатки родительских пород кимберлиты выносят в верхние части земной коры в виде ксенолитов. Наибольшее признание получила модель, предложенная американским исследователем С. Хаггерти [3], который предположил, что источником для кристаллизации алмазов могут быть мантийные флюиды, из которых углерод выделяется за счет окисления CH4 или восстановления CO2. Большую роль при этом играют сульфиды железа (FeS), которые постоянно встречаются как включения в алмазах и алмазоносных ксенолитах. Возможные реакции, приводящие к появлению свободного углерода, выглядят следующим образом:

3CH4 + 2N2 = 3C + 4NH3, 2FeS + CO2 = 2FeO + S2 + C, 2FeS + CH4 = 2H2S + 2Fe + C
Кристаллы алмазов растут в мантии, в среде, насыщенной летучими компонентами, в течение нескольких миллионов лет, а потом выносятся на поверхность кимберлитами. Алмазы – древние минералы, они существенно старше вмещающих их кимберлитов. Их возраст (более 3 млрд лет) соответствует возрасту пород, слагающих фундамент континентальных кратонов [3].


Рис.5. Схема , иллюстрирующая модель образования алмазоносных кимберлитов ( по с. Хаггерти) . Использован типичный разрез земной коры (литосферы) с мощностью под кратонами более 40 км. Слева дана шкала глубин, с которых выносят ксенолиты. Штриховыми линиями показаны предполагаемое положение изотерм 900 и 1200 С и граница перехода графита в алмаз . Геометрическими символами по кривой графит-алмаз и на разрез обозначены формы кристаллов алмаза: 1- высокотемпературные октаэдры, 2 - промежуточные кубооктаэдры , 3 – низкотемпературные кубы . Большими красными стрелками показаны ослабленные зоны, по которым в литосферу проникают окисленные расплавы, что приводит к травлению(или даже полному растворению) кристаллов алмаза. К1, К2, К3 – выходы кимберлитовых трубок, расположенных в различных частях кратона.[3]
Согласно модели Милашева, основанной на трубках «Удачная-Западная» и «Удачная-Восточная», очаги кимберлитоваой магмы возникали в различных частях восходящих конвективных потоков вещества верхней мантии при существенно изменяющихся термодинамических параметрах. Изменчивость термодинамического режима зарождения и подкоровой эволюции кимберлитовых расплавов обуславливается неравномерной степенью нагрева вещества верхней мантии во внутренних и периферийных зонах конвективных потоков. Во внутренних зонах, где температура субстрата максимальная, плавление начинается при существенно более высоком давлении и на больших глубинах, чем в краевых частях восходящего потока.

Магматические очаги поднимаются к подножию земной коры не только благодаря восходящему течению вмещающего их субстрата , но также и в результате автономного движения по механизму зонной плавки. Наибольшей скоростью течения обладают центральные части конвективных потоков, где вследствие повышенной температуры субстрат отличается наименьшей вязкостью. Повышенная температура окружающего материнские очаги субстрата активизирует процессы зонного плавления, которые не требуют в этих условиях больших энергетических затрат и протекают поэтому с минимальной контрастностью по железу , что приводит в итоге к относительно невысокой общей дифференциации расплавов. Кимберлитовые магмы таких очагов раньше других достигают подошвы земной коры, а при благоприятных тектонических условия – и ее верхних горизонтов, где они формируют преимущественно крупные трубки взрыва, заполоненные туфобрекчиями или эруптивными брекчиями [2]

Заключение

Таким образом, кимберлиты приурочены в основном к древним кратонам и слагают диатремы, дайки и силлы небольшого размера. К ним относятся наибольшее число разрабатываемых месторождений алмаза, поэтому кимберлиты являются объектом повышенного внимания геологов, петрологов, минералогов.

Кимберлит является достаточно сложной петрографически, гибридной породой, так как он состоит не только из фаз, которые закристаллизовались из жидкой магмы, но также из поликристаллических фрагментов или отдельных кристаллов, происходящих из раздробленных ксенолитов разных типов. Одной из главных характерных особенностей кимберлита является его неравномернозернистая структура, обусловленная ксенолитами и мегакристаллами разнообразных минералов, включенными в тонкозернистую основную массу, содержащую микровкрапленники.

Помимо приведенной модели формирования кимберлитов существуют и другие модели. Предлагается также несколько моделей кристаллизации алмаза как в мантии, так и вне ее. Специалисты (геологи, физики, химики) продолжают проводить исследования, так как определенно данная проблема остается актуальной в современной геологии.

Список используемой литературы

1. 
   Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир, 1983. 43-48с.
   
2. 
   Милашев В.А. Трубки взрыва. Ленинград «Недра», 1984. 79-90с.
   
3. 
   Посухова Т.В. Кимберлиты – природные сверхглубокие скважины. МГУ им. М.В. Ломоносова. 2000. 57-63 с.
   
4. 
   Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1974. 264 с.
   
5. 
   Dawson J.B. A comparative study of the geology and petrography of the kimberlites of the Basutoland province. Unpubl. Ph . D. Thesis, University Leeds, 1960.
   
6. 
   Hawthorne J.B. kimberlite sills. Trans. Geol.Soc. S. Afr., 71; 291-311, 1968.
   
7. 
   Wagner P. A. The diamond fields of southern Africa. Transvaal Leader, Johannesburg. 1914.