ПОИСК КОРЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ ГИГАНТСКИХ CLIPPIR АЛМАЗОВ НА СЕВЕРЕ ЯКУТИИ МЕТОДОМ МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ АНАЛОГИИ (МЕТОД 5Е ДИАГРАММ)

1. ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие мировой алмазный рынок претерпел трансформацию, связанную с добычей особо крупных и высококачественных CLIPPIR алмазов [Smith et al., 2016, 2017] экстремальной стоимости, продающихся на аукционах. Характерно то, что такие алмазы, встречавшиеся изредка в россыпях, сегодня добываются из слабоалмазоносных кимберлитов в основном в Африке – трубки Карове (К-6, Ботсвана) [Moore, 2009; Wudrick et al., 2017; Motsamai et al., 2018] и Летсенг (Лесото) [Bowen et al., 2009; Lock, Dawson, 2013], и, кроме того, из алмазоносных кимберлитов юга Африки (Cullinan, Venetia, Finsch, Jagersfontein, Voorspoed, Koffiefontein, Victor, Monastery, Mothae, Kao, Jwaneng, Orapa, Letlhakane) и лампроитов (Prairie Creek) [Chinn, 2024]. Они встречены также в россыпях Анголы [Allan, 2024] и Индии [Kalra et al., 2024].

В России известно одно месторождение кимберлитов, где добываются CLIPPIR алмазы, – трубка им. В. Гриба в Архангельской области [Kargin, 2021; Shchukina et al., 2015, 2019]. Несколько особо крупных алмазов этого типа (340–220 карат) было найдено в трубках Сытыканской, Нюрбинской [Spetsius et al., 2015], Зарница, Юбилейной (рис. 1, а), Комсомольской [Spetsius, Bogush, 2018] и Удачной [Ashchepkov et al., 2017].

Новые находки таких алмазов на севере Якутии в россыпях бассейна р. Эбелях вызвали интерес специалистов к Анабарскому региону. Кроме того, они были обнаружены в россыпях бассейна нижней Лены [Grakhanov et al., 2024]. За последние 60 лет в Прианабарье были обнаружены десятки слабоалмазоносных кимберлитовых диатрем, которые могут быть потенциальными источниками этих находок [Zinchuk, Koptil, 2015, 2017]. До недавнего времени никто не предлагал методов прогнозирования CLIPPIR алмазов в слабоалмазоносных кимберлитах и публикаций на эту тему, кроме авторских, не отмечено.

Гигантские алмазы из кимберлитов известны с момента случайного обнаружения в 1905 г. крупнейшего в мире алмаза Куллинан в трубке Премьер [Korolev et al., 2018]. Они получили специальное название – CLIPPIR, где первые буквы означают – «похожие на Куллинан» [Moore, 2009]. Такие алмазы обычно содержат включения сублитосферного происхождения (23 %), представленные мейджоритовыми гранатами, сульфидами и металлами, и минералы из литосферных эклогитов (32 %) и перидотитов (45 %), что показали исследования мелких (до 2 мм) алмазов трубки Премьер [Korolev et al., 2018]. По химическому составу они отличаются дефицитом N, низким содержанием B-центров и относятся к типу IIa. Включения в алмазах типа IIa отвечают в основном пограничным условиям между литосферой и астеносферой [Ashchepkov et al., 2023].

Алмазы типа IIa, относящиеся к вебстеритовому парагенезису, демонстрируют сильное химическое сходство с мегакристовой ассоциацией [Moore, 2014]. Предполагается, что мегакристовая ассоциация образовалась в виде пегматитовых жил из небольших объемов остаточных протокимберлитовых расплавов. А.Е. Мур полагает, что кристаллизация алмазов неправильной формы типа IIa произошла в остаточных расплавах, генерировавших мегакристаллы [Moore, 2014], когда исходные магмы оказались заблокированы сильно истощенными породами стенок мантии. Кроме того, повышенное содержание бора в голубых алмазах типа IIb согласуется с моделью кристаллизации из высокофракционированных пегматитовых мегакристаллических магм протокимберлитов [Moore, Helmstaedt, 2019; Daver et al., 2022]. Некоторые экспериментальные работы позволяют предположить, что такие алмазы должны ассоциироваться с сульфидными и металлическими расплавами и включениями, играющими важную роль в их генерации и являющимися катализаторами их кристаллизации [Chepurov et al., 2020]. Голубые алмазы были обнаружены в трубках Малокуонамской (Куранахское кимберлитовое поле) [Sobolev et al., 2015] и Ленинград (Западно-Укукитское кимберлитовое поле) [Ashchepkov et al., 2023].

Появление крупных и тем более гигантских алмазов в кимберлитах порождает «эффект самородка» [Matheron, 1968], который остается нерешенной проблемой в рамках методов вероятностной геостатистики. При разведке алмазов их ураганное содержание в рудах не учитывается при подсчете запасов на основе среднего содержания в блоках, и не существует методов прогнозирования содержания «самородных» алмазов в кимберлитах. Между тем крупные и высококачественные кристаллы типа CLIPPIR имеют высокую стоимость, что делает их предметом высокодоходных инвестиций и стимулирует разработку методов их прогнозирования в кимберлитах и способов эффективного извлечения этих алмазов [Zinchenko, Ivanov, 2021].

Авторами разработан метод статистико-геохимической аналогии составов минералов-спутников алмаза (МСА), парагенетически связанных с CLIPPIR алмазами. Он реализован на диаграмме Митчелла Fe/(Fe+Mg) – Cr/(Cr+Al) – (Mn,Na) [Mitchell, 1986] и основан на химико-петрогенетических классификациях МСА Дж. Доусона и У. Стефенса [Dawson, Stephens, 1975; Stephens, Dawson, 1977] для гранатов и пироксенов, а также для ильменитов и хромитов В.К. Гаранина [Garanin et al., 1991] и базируется на принципах вероятностной статистики (сочетание R- и G-методов кластерного анализа) [Ivanov, 2016]. Это позволяет определять благоприятные физико-химические параметры среды кристаллизации CLIPPIR алмазов и прогнозировать их в кимберлитах [Zinchenko, Ivanov, 2021].

Открытие россыпных месторождений в бассейне р. Эбелях и близлежащих районах, где добываются CLIPPIR алмазы, привлекло интерес к ранее открытым кимберлитам Анабарского региона в качестве их коренных источников [Babushkina, 2005; Sobolev et al., 2015; Tomilenko et al., 2015; Kornilova et al., 2016; Zinchuk, Bardukhinov, 2022a, 2022b; Ashchepkov et al., 2023]. За последнее десятилетие здесь были добыты крупные и гигантские алмазы высокого качества и фантазийной окраски (желтые, розовые и пурпурно-розовые). В трубках Малокуонамской и Университетской содержатся дорогие (>250 $/кар) голубые прозрачные алмазы, которые также были найдены в трубке Ленинград. В трубке Малокуонамской кристаллы цвета морской волны составляют 0.1 % алмазов класса –1+0.5 и 1.2 % зеленого цвета класса –2+1 (в южном рудном столбе). В маленькой (~50×20 м) трубке Харьковчанка, расположенной в 100 м к северо-западу от трубки Университетской, найден один стопроцентно прозрачный алмаз, который имеет голубой цвет.

Трубка Малокуонамская расположена в Куранахском кимберлитовом поле, прорывает отложения верхнего и нижнего кембрия, имеет грушевидную форму и размеры 320×255 м с более узкой северной частью. Трубка выполнена двумя разновидностями кимберлитовой брекчии: с массивной и автолитовой текстурой (северный и южный рудные столбы соответственно). Возраст трубки, определенный U-Pb методом по мантийным цирконам и бадделеиту, составляет 224±1.9 млн лет [Sun et al., 2018].

В трубке отмечаются более высокие концентрации алмазов, чем в большинстве трубок этого района [Zinchuk, Bardukhinov, 2022b]. Содержание алмазов в трубке, по данным геологоразведочных работ, составляет 0.23 кар/т по ЮВ части трубки и 0.42 кар/т СЗ части трубки. Алмазы тр. Малокуонамской в основном относятся к эклогитовому типу (А.М. Логвинова, личное сообщение).

Трубка Ленинград – первая кимберлитовая трубка, открытая в России и Якутии К.С. Забурдиным (НИИ геологии Арктики) в 1952 г. в русле р. Омонос. Трубка обнажена на правом берегу реки в скалистом выступе высотой до 19 м и длиной до 105 м. Контур ее, согласно данным магнитной съемки, имеет форму эллипсоида, вытянутого в правильном направлении, размером 195×105 м.

Трубку слагают несколько типов брекчии, относящихся как минимум к трем основным фазам внедрения. Одну часть трубки слагает брекчия с массивной текстурой. В автолитовой разновидности, слагающей вторую часть трубки, встречаются крупные автолиты размером до 20–50 см, представленные кимберлитовой брекчией с массивной текстурой, но не аналогичной первой. Соотношение TiO₂ и K₂O в породах трубки близко к слюдосодержащим оранжеитам, хотя основная фаза содержит большое количество ильменитов и тяготеет к широко распространенному Ca-Mg типу кимберлитов. Как сообщается в работе [Kargin, Golubeva, 2017], на севере Якутской алмазоносной провинции оранжеиты отмечены в Ары-Мастахском поле, расположенном в ~250 км к северо-западу от Западно-Укукитского.

Трубка датирована несколькими методами, демонстрирующими большие различия в возрасте. Изохроны Rb/Sr по слюде в массивных породах дают возраст девона от 380 до 350 млн лет с наиболее вероятными значениями ~368±1 млн лет [Zaitsev, Smelov, 2010].

Опробование 250 т породы позволило обнаружить 333 кристалла алмаза общим весом 2249 мг. Среднее содержание алмазов составляет 0.045 карата на тонну, и 4/5 из них ювелирного качества.

3. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В данной работе использовались концентраты промывки кимберлитов непосредственно на кимберлитовых трубках Малокуонамской и Ленинград. Отбор зерен МСА, пробоподготовка и микрозондовая аналитика проведены С.И. Костровицким, И.В. Ащепковым и С.А. Бабушкиной. Собранный материал был проанализирован в лаборатории физико-химических методов анализа Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН и Центре коллективного пользования научным оборудованием многоэлементных и изотопных исследований СО РАН.

3.1. Метод электронного микроанализа

Электронно-микрозондовый анализ исследованных МСА (гранаты, хромдиопсиды, ильмениты и хромиты) был проведен с использованием Camebax Micro (в шлифах) и Jeol JXA8320 (в шашках) в соответствии с общепринятой методикой [Lavrent’ev et al., 2015; Lavrent’ev, Usova, 1994]. Ускоряющее напряжение составляло 15 кВ, использовался сфокусированный пучок с током выборки 15 или 20 нА и временем обратного отсчета 15 с. Относительное стандартное отклонение не превышало 1.5 %, а точность была близка к 3–5 % от погрешности в 2σ.

3.2. Реконструкция разрезов мантии с использованием мономинеральной термобарометрии

Составы МСА из трубок Ленинград и Малокуонамской были использованы для построения диаграмм PTX – fO₂ и разрезов субкратонной литосферной мантии (СКЛМ) под исследуемыми трубками (X – химический состав).

Разрезы мантии и диаграммы PTX – fO₂ реконструированы методом мономинеральной термобарометрии [Ashchepkov et al., 2010, 2017, 2023] с использованием оригинальной программы PT [Ashchepkov, 2011]. Значения P, T, fO₂ были рассчитаны мономинеральными методами с использованием барометров для граната и клинопироксена, хромита и ильменита [Ashchepkov et al., 2010, 2017], а также модифицированных мономинеральных версий существующих термометров для граната [O’Neill, Wood, 1979], клинопироксена [Nimis, Taylor, 2000], ильменита и шпинели [Taylor et al., 1998]. Величины коэффициентов железистости оливина и минералов, находящихся в равновесии с ним, были рассчитаны с использованием регрессий с учетом зависимостей от температуры. Мономинеральные методы расчета fO₂ (Δlog fO₂ в единицах по отношению к буферу QMF) были применены для гранатов [Gudmundsson, Wood, 1995], ильменитов, шпинели [Taylor et al., 1998], клино- и ортопироксенов [Ashchepkov et al., 2017]. Расчеты проводились с использованием авторской программы TERA55 (FORTRAN 77), которая включает в себя 48 минеральных термометров и 44 барометра для мантийных пород, которые рассчитываются одновременно с использованием итерационной схемы [Ashchepkov et al., 2010]. Это позволяет одновременно вычислять несколько параметров PT и fO₂, записывать их вместе с минеральными составами и экспортировать полученные матрицы в Excell, Grapher 5-7, Surfer 8, Statistics и другие приложения. Диаграммы расчетных параметров P – T, P – Fe#, P – (Al, Ca, Ti), P – fO₂ для различных минералов используются для построения мантийных разрезов СКЛМ и трансектов [Ashchepkov et al., 2010, 2023]. Контуры СКЛМ показывают различные параметры – F# для оливинов (Fe#_Ol), сосуществуют с другими значениями МСА – CaO, TiO₂, Cr₂O₃ для гранатов, а также расчетными значениями температуры T °C и fO₂ для всех минералов или для отдельных фаз. Была использована вертикальная координатная сетка (для шкалы P), рассчитанная для СКЛМ.

3.3. Метод комплексных полиминеральных (5Е) диаграмм Митчелла

Полученные базы данных составов МСА были использованы при построении для исследуемых трубок комплексных полиминеральных (5E) диаграмм Митчелла с применением алгоритмов А.С. Иванова и В.Н. Зинченко и авторской программы, составленной А.С. Ивановым на основе методов вероятностной статистики и кластерного анализа [Ivanov, 2016, 2020]. Кластеризация составов МСА проведена на основе химической и генетической классификации гранатов Дж. Доусона (КГ – кластерная группа) [Dawson, Stephens, 1975], пироксенов У. Стефэнса [Stephens, Dawson, 1977] и для ильменитов и хромитов (ХГГ – химико-генетическая группа) В.К. Гаранина [Garanin et al., 1991]. За эталон принимаются диаграммы составов МСА трубки Карове, база данных составов которых насчитывает более 10000 анализов.

Основной для анализа составов МСА является бинарная диаграмма 5E, где по оси Х фиксируется коэффициент железистости – Fe/(Fe+Mg) и по оси Y – коэффициент хромистости – Cr/(Cr+Al). К ней добавлены две треугольные диаграммы для составов пиропов и пироксенов: Na₂O – TiO₂ – MnO и Na₂O – Сr₂O₃ – Al₂O₃. На всех диаграммах размер фигуративных точек анализов изменяется в зависимости от содержания дополнительного пятого химического элемента. Для составов пиропов и диопсидов этот размер соответствует TiO₂, мас. %, в проанализированных зернах. Для видимой сходимости размера фигуративных точек анализов хромшпинелей с пиропами содержание TiO₂ в них показано с коэффициентом 0.15. Содержание Fe₂O₃ в ильменитах с той же целью дано с уменьшающим коэффициентом 0.05. В легенде 5Е диаграммы показаны все перечисленные преобразования.

Линейные диаграммы построены с использованием сортировки результатов анализа каждой минеральной группы (МСА) в соответствии с увеличением массового содержания дополнительного пятого элемента (оксида), что отражается в размере «пузырьков» – образных точек анализа. На этих графиках по оси y проведены линии массового содержания (%) дополнительных элементов, в соответствии с которыми рассчитывается диаметр «пузырька» фигуративной точки. Длина оси х соответствует 100 % от числа проанализированных зерен МСА, а одна линия соответствует одному зерну. На линейной диаграмме ильменитов участок графика менее 15 мас. % Fe₂O₃ относится к восстановительным условиям, благоприятным для сохранения алмазов, а выше этой линии – к окислительной среде, неблагоприятной для сохранения алмазов [Gurney, Moore, 1991]. На линейной диаграмме пиропов участок линии TiO₂ с содержанием более 0.6 мас. % соответствует высоким давлениям и температурам, а менее 0.6 мас. % – более низким давлениям и глубинам их кристаллизации. На линейной диаграмме хромшпинелей участок линии TiO₂ менее 1.0 мас. % соответствует зернам из кимберлитов, а более – пикритам и меймечитам. На линейной диаграмме хромдиопсидов участок линии TiO₂ с содержанием менее 0.2 мас. % характеризует слабоалмазоносные кимберлиты, а более 0.2 мас. % – алмазоносные кимберлиты [Ivanov, 2016, 2020]. Все диаграммы строятся в программе Microsoft Excel-2007.

3.4. Метод статистико-геохимической аналогии составов МСА, парагенетически связанных с CLIPPIR алмазами

На рис. 3 демонстрируется комплекс диаграмм и эталонные контуры составов МСА трубки Карове, в которые попадают 100 % проанализированных зерен ее МСА (вероятность сходимости Р=100 %). Обращает на себя особое внимание КГ пиропов G2, установленная во включениях в гигантских алмазах трубки Карове [Moore, 2009]. Этот факт доказывает парагенетическую связь гигантских алмазов типа IIa с КГ G2 пиропов, что позволяет использовать ее парастерезисы с КГ других МСА для построения минералого-геохимической модели среды генерации таких алмазов. Показательно, что частота встречаемости (ni) этой индикаторной КГ пиропов в трубках Карове и им. В. Гриба практически одинакова (16.8 и 16.9 % соответственно).

По признаку сходимости значений ni КГ ряда МСА в обеих трубках были отобраны их пары, имеющие равные или близкие значения, с вероятностью совпадения (81–99 %). Наиболее близкие значения ni имеют следующие пары КГ/ХГГ МСА: хромшпинелиды S1 (81 %) и S9 (99 %); пиропы G1 (82 %), G2 (99 %) и G10 (89 %); хромдиопсиды D7 (97 %); ильмениты i4 (92 %). Они и полагаются индикаторными на присутствие в кимберлитах алмазов типа IIa.

Петрогенетическая принадлежность к комплексам мантийных пород отмеченных ХГГ/КГ МСА, индикаторных на крупные алмазы, приведена ниже:

– хромшпинелиды [Garanin et al., 1991]: S1 – из высокоалмазоносных дунитов и гарцбургитов и включений в алмазах; S9 – из магнезиально-кальциевых алькремитов;

– пиропы [Dawson, Stephens, 1975]: G1 – 3.33 % зерен с алмазами; MgO (20 %), средние содержания TiO₂ (0.58 %) и низкие Cr₂O₃ (1.34 %); G2 – включения высокотитанистых (TiO₂ – 1.09 %), низкохромистых (Cr₂O₃ – 0.91 %) пиропов в крупных и гигантских алмазах и кимберлитах трубки Карове;

– хромдиопсиды [Stephens, Dawson, 1977]: D7 – высокоюриитовый диопсид из лерцолитов и включений в алмазы;

– ильмениты [Garanin et al., 1991]: i4 – высокохромистый (0.8–7.3 % Cr₂O₃, в среднем 2.0 %) высокомагнезиальный гемоильменит из перидотитов и ильменит-ортопироксеновых пород (энстатититов).

Опираясь на преобладающие парагенезисы МСА, представленные на этих диаграммах, можно классифицировать тип кимберлитов. Этот комплекс диаграмм является своеобразным минералого-геохимическим паспортом, или «QR кодом», кимберлита, позволяющим зафиксировать физико-химические параметры минерагенеза и оценить количественно вероятность обнаружения в нем алмазов типа СLIPPIR по суммарной вероятности сходимости составов МСА оцениваемой трубки с эталоном – трубкой Карове. Важным компонентом 5E диаграмм являются эталонные контуры составов МСА, которые характеризуют трубку Карове. Эти контуры показывают, насколько составы МСА в оцениваемой трубке близки к эталонным. Если точки составов МСА попадают в эти контуры, это означает высокую степень сходства. Количественная оценка сходимости производится на основе величины евклидовых расстояний [Zinchenko, Ivanov, 2021].

4. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИНЕРАЛОВ

4.1. Пиропы

Содержание Cr₂O₃ в пироповых гранатах из трубки Ленинград изменяется от 0.2 до 12.5 мас. %. Три значения от 16.3 до 18.8 мас. % Cr₂O₃ находятся в пределах поля дунитов (G10) согласно [Dawson, Stephens, 1975]. Большинство анализов относятся к лерцолитовому месторождению согласно [Sobolev et al., 1973]. Они сгруппированы в восемь кластеров, и еще один кластер включает сверхвысокохромистую группу пиропов (~18 % Cr₂O₃) (рис. 4). Небольшое количество анализов (менее 40) попадает в поля дунитов. Огромное количество относится к разновидностям с низким содержанием Cr, как видно из гистограммы Cr₂O₃. Отклонение от пироксенитового поля составляет всего около 4 мас. % Cr₂O₃.

У дунитовых субкальциевых гранатов содержание Cr₂O₃ составляет 2 мас. %. В пределах гарцбургитового поля представлены гранаты с содержанием Cr₂O₃>9 мас. %, в том числе с самым высоким содержанием Cr₂O₃ – 18 мас. %. Пироксенитовые гранаты довольно редки и встречаются главным образом в средней части диаграммы с содержанием Cr₂O₃ 4–8 мас. %. Обогащение TiO₂ от 0.8 до 1.5 мас. % в основном наблюдается в части диаграммы с низким содержанием Cr.

Пироп-альмандиновые эклогитовые гранаты в трубке Ленинград широко распространены. Они характеризуются колебаниями содержания FeO от 12 до 32 мас. % и разделяются на две группы.

Гранаты из трубки Малокуонамской, попадающие в поле лерцолитов, также отвечают восьми интервалам глубинности, аналогичным таковым из трубки Ленинград (рис. 5). Более деплетированные разновидности содержат до 12 мас. % Cr₂O₃. Содержание FeO снижается от 12–10 мас. %, типичных для мегакристаллов, до 8 % и менее с 4–5 мас. % Cr₂O₃. Содержание Na₂O обычно составляет менее 1 мас. %.

Для сравнения, пиропы из трубки Университетской того же Куранахского поля по составу похожи на вышеописанные. Но многие из них с тенденцией к обогащению Са (пироксенитовые) попадают в средний интервал от 3.5 до 8.0 мас. % Cr₂O₃.

4.2. Клинопироксены

Хромдиопсиды и другие клинопироксены из трубки Ленинград демонстрируют следующие вариации содержаний: FeO от 1 до 5 мас. %, TiO₂ не превышает 0.4 мас. %, Na₂O от 0 до 3.5 мас. %, Al₂O₃ от 0 до 5 мас. %, Cr₂O₃ от 0.5 до 3.5 мас. % (рис. 6).

Следует отметить, что содержание Cr₂O₃ и Na₂O максимально при 2.5 мас. % FeO. Это фактически метасоматическая тенденция, поскольку в целом содержание этих элементов уменьшается с увеличением содержания FeO. Содержание TiO₂, как правило, увеличивается вместе с содержанием FeO, а Al₂O₃ уменьшается. Все клинопироксены можно разделить на четыре группы. Как видно на рис. 6, средняя часть диаграммы, с более высокими значениями Ti, Cr, существенно отличается от общепринятых значений в мантии для Cr-диопсидов.

Клинопироксены из трубки Малокуонамской с вариациями содержания FeO от 1 до 6 мас. % и более в обогащенной Mg части содержат более низкие значения Cr₂O₃ и Na₂O – до 2 мас. % по сравнению с таковыми из трубки Ленинград. Но содержание Al₂O₃ выше, до 5 мас. %. Составы, богатые железом, приближаются к составам Al-Ti-авгита с содержанием 2 мас. % TiO₂ и 6–7 мас. % Al₂O₃. Большинство составов Cpx в кимберлитах трубки Малокуонамской являются пироксенитовыми, но в них содержится мало TiO₂, <0.5 мас. %.

4.3. Хромиты

Хромиты из трубки Ленинград формируют несколько трендов на графиках Cr₂O₃ – Al₂O₃, Cr₂O₃ – MgO, Cr₂O₃ – FeO (рис. 7). Тренд Cr₂O₃ – Al₂O₃, как обычно, линейный, но разновидностей с содержанием Cr₂O₃<40 мас. % мало, и большинство из них близки к области стабильности алмаза [Sobolev, 1971, 1977].

В области с высокими значениями Cr₂O₃ наблюдаются сочетания магнезиохромитовых и железохромитовых трендов как на графике Cr₂O₃ – Al₂O₃, так и на графике Cr₂O₃ – TiO₂. На графике Cr₂O₃ – FeO видны три отдельных направления, показывающие различные изоморфные замещения, отвечающие разным режимам летучести кислорода. Наиболее богатые железом разновидности соответствуют более окисленным условиям (рис. 7).

Хромиты из трубки Ленинград, возможно, сформировались в ходе нескольких магматических импульсов, отвечающих трем разновидностям пород трубки.

В трубке Малокуонамской хромиты относительно редки. Ярко выражена общая отрицательная тенденция Cr₂O₃ – Al₂O₃, и большинство хромитов содержат <50 мас. % Cr₂O₃, и только 1/4 из них находится близко к «алмазному окну» [Sobolev, 1977]. Эти хромшпинелиды в большинстве своем содержат мало TiO₂ и MnO (рис. 7).

4.4. Ильмениты

Ильмениты из трубки Ленинград характеризуются широкими вариациями состава по TiO₂ и MgO, но есть много значений с низким содержанием MgО (рис. 8), и значительное количество составов отличается от типичных кимберлитовых и типичных для СКЛМ [Wyatt et al., 2004]. В трубке Светлана Западно-Укукитского поля большинство составов ильменитов расположены также за пределами кимберлитового тренда.

Известно, что содержание TiO₂ зависит от давления [Ashchepkov et al., 2010]. Разновидности, богатые Cr, типичны для высокотемпературных мантийных метасоматитов, вступивших в реакцию с протокимберлитовыми расплавами. Существуют два уровня концентраций Al₂O₃, которые, возможно, соответствуют двум магматическим импульсам (рис. 8). Содержание MnO в некоторых разновидностях достигает 12 мас. %. Высокую магнезиальность ильменитов из кимберлитов отмечали в своей работе Ф.В. Каминский и Е.А. Белоусова [Kaminsky, Belousova, 2009]. Значительное количество зерен ильменита из среднего интервала тренда TiO₂ имеет 2–4 мас. %, что не характерно для типичных протокимберлитовых систем.

5. ТЕРМОБАРОМЕТРИЯ И РЕКОНСТРУКЦИИ СТРУКТУРЫ МАНТИИ

Авторы использовали систему опубликованных термобарометров для основных перидотитовых минералов: клинопироксенов (Cpx), ортопироксенов (Opx), гранатов (Grt), хромитов (Chr), ильменитов (Ilm) [Ashchepkov et al., 2010, 2017]. Для определения Р по Cpx в перидотитовой системе используется барометр Jd-Di [Ashchepkov et al., 2017]. Скорректированная барометрия Jd-Cpx используется также для омфацитов в эклогитовой системе [Ashchepkov et al., 2010, 2017]. Для пироповых гранатов используется модифицированный барометр Cr-граната [Ashchepkov et al., 2017]. Барометр для эклогитового граната дает соответствующие результаты для гранатов, содержащих Ca и Na, на основе зависимости содержания Na в гранате от давления, при этом содержание FeO варьируется от 12 до 30 мас. % [Ashchepkov et al., 2017].

Для хромшпинелей и хромитов откалибрована зависимость Cr# от давления отдельно для гранатовой и шпинелевой мантийных фаций [Ashchepkov et al., 2010]. Барометр работает в сочетании со шпинель-оливиновым термометром [Taylor et al., 1998], в котором содержание Fe#_Ol рассчитывается из Fe#_Ilm и T (°C) по эмпирическим уравнениям.

5.1. Реконструкция разреза мантии под трубкой Ленинград

6.1. 5Е диаграммы составов МСА трубки Ленинград

Как видно на рис. 11, диаграммы демонстрируют достаточно высокую сходимость составов МСА трубки Ленинград с составами МСА трубки Карове. Для эклогитового тренда пиропов характерна практически полная сходимость составов и частота встречаемости КГ – G1, G2, G3 и G5, при нeкотором расхождении частоты встречаемости КГ перидотитового тренда – G9, G10, G11. При этом составы пиропов трубки Ленинград не выходят за характерный контур составов пиропов трубки Карове. Такую же сходимость по частоте встречаемости ХГГ демонстрируют диопсиды (D2, D5, D6) и хромиты (S1, S3, S4, S5, S6, S10), что отражается и на близости графиков их титанистости (мас. % TiO₂). Составы значительной части зерен диопсидов и около 99 % зерен хромитов попадают в контур поля составов этих МСА трубки Карове. Тренд титанистости пиропов и диопсидов трубки Ленинград выражен и на тругольной диаграмме (Na₂O – MnO – TiO₂). Наибольшим расхождением составов по частоте стречаемости ХГГ (i4, i5, i6, i8) характеризуются ильмениты, хотя все их зерна относятся к маложелезистым разностям (Fe₂O₃<15.0 мас. %) и лежат в области высокой сохранности алмазов. Суммарная сходимость составов МСА сравниваемых трубок по частотам встречаемости их КГ/ХГГ, оцениваемая по евклидовым расстояниям, высокая и составляет 74 %, что аналогично составам МСА трубки Гриба (сходимость c Карове Р=74 %), где добываются крупные алмазы типа CLIPPIR [Zinchenko, Ivanov, 2021].

6.2. 5Е диаграммы составов МСА трубки Малокуонамской

Как показывают выполненные исследования МСА трубки Малокуонамской на основе 5Е диаграмм, имеются значительные расхождения в их составах с МСА трубки Карове (рис. 12). Наиболее существенные отклонения от эталонного контура составов МСА трубки Карове отмечаются для ильменитов, практически целиком попадающих в область высокожелезистых магнитных разностей (ХГГ – i5, i9 и i11). Лишь единичные их зерна попали в область составов низкожелезистых ильменитов трубки Карове.

Линейная диаграмма содержаний Fe₂O₃ в ильменитах сравнивамых трубок иллюстрирует эту тенденцию – болеее половины зерен из кимберлитов трубки Малокуонамской содержат более 15 % Fe₂O₃, попадая в область условий окислительного растворения алмаза. Существенно отклоняются от эталонного контура трубки Карове и составы части зерен диопсидов, отличающихся повышенной титанистостью – практически все зерна имеют TiO₂˃2.0 мас. %. Тем не менее около 20 % зерен диопсидов трубки Малокуонамской попадают в контур составов диопсидов трубки Карове, трассируя перидотитовый тренд (ХГГ – D1, D2, D3). Расхождения в составах пиропов касаются как эклогитового тренда – в трубке Малокуонамской отсутствуют показательные КГ – G1 и G2, но отмечены G3 и G5, так и перидотитового – отсутствуют КГ – G9 и G10. Для хромитов характерны близкие частоты встречаемости ХГГ – S3 и S4, при значительном расхождении частоты встречаемости других ХГГ – S1, S5 и S6. Суммарная сходимость составов МСА сравниваемых трубок по частоте встречамости их КГ и ХГГ, оцениваемая по евклидовому расстоянию, составляет всего лишь 20 %.

7. ОБСУЖДЕНИЕ

7.1. Общие благоприятные условия для поиска алмазов гигантских размеров на севере Якутии

Источник гигантских алмазов в эбеляхских россыпях до сих пор не определен [Grakhanov et al., 2015; Shatsky et al., 2015], хотя вокруг есть несколько потенциальных кимберлитовых полей, включая Куранахское, в пределах которого находится трубка Малокуонамская с полупромышленной алмазоносностью. Структурно-тектоническая позиция ряда мезозойских кимберлитовых полей Анабарского района аналогична позиции африканских кимберлитов с CLIPPIR алмазами (см. рис. 2), то есть в пределах шовной зоны между архейскими палеотеррейнами [Ashchepkov et al., 2010, 2023]. Добыча здесь таких алмазов из россыпей Эбеляха подтверждает перспективы обнаружения их и в кимберлитах.

Кимберлитовые тела с низким содержанием алмазов в Анабарском районе расположены в зоне распространения россыпей с гигантскими алмазами типа CLIPPIR [Ashchepkov et al., 2023]. Из-за природной редкости этих алмазов традиционные методы разведки и опробования таких кимберлитов неэффективны, а их разработка считается экономически нецелесообразной [Zinchenko, Ivanov, 2021]. Мы предложили метод статистико-геохимической аналогии составов МСА в кимберлитах, основанный на использовании диаграммы Митчелла – Fe/(Fe+Mg) – Cr/(Cr+Al), к которой добавлен пятый элемент (Mn, Na, Ti), отражающий их химический состав – метод 5Е (5 элементов) [Zinchenko, Ivanov, 2021]. Этот метод может быть использован для прогнозирования содержания CLIPPIR алмазов в кимберлитах по аналогии и сравнению их с эталонными кимберлитами, содержащими такие алмазы (на основе критерия евклидова расстояния), на этапе поисково-разведочных работ на слабо- и убого-алмазоносных трубках Анабарского района.

7.2. Петрологическая интерпретация высокой встречаемости мегакристаллических алмазов IIa из эталонных объектов

В региональном тектоническом плане кимберлитовые трубки с гигантскими CLIPPIR алмазами (Карове, Премьер, Летсенг, Орапа) приурочены к краевым зонам архейского кратона Калахари, пограничным с протерозойскими складчатыми поясами с повышенной проницаемостью для глубинных кимберлитовых расплавов [Zinchenko, Ivanov, 2021]. Это означает, что такие области могут включать кимберлиты, которые, по-видимому, имеют сублитосферные источники. Они могут содержать включения мэйджоритовых гранатов [Smith et al., 2017], что указывает на дополнительное давление >7.5 ГПа. Но это не означает, что кристаллизация гигантских алмазов CLIPPIR происходила в сублитосферной мантии, поскольку они также содержат включения СКЛМ. Соединение сублитосферной и верхней эклогитовой магматических камер могло бы способствовать передаче дополнительного давления от сублитосферных источников к верхним камерам за счет гидравлического воздействия.

Наличие большого количества эклогитов является признаком высокого содержания субдуцированного материала, который ассоциирует с количеством субдуцированного углерода. Конечно, этот материал должен находиться где-то рядом с LAB. Обилие марганца в гранатах и ильменитах также может быть дополнительным признаком субдуцированного материала [Korolev et al., 2018].

Низкие окислительные условия являются одним из основных факторов, поскольку CLIPPIR алмазы часто содержат металлическое железо и другие металлы. Таким образом, присутствие металлического и сульфидного материала, стабилизирующего рост алмаза, в силикатах и особенно в мегакристаллах граната также является благоприятным фактором.

Согласно диаграмме Митчелла 5Е для трубок Карове и им. В. Гриба, наиболее распространенной является группа высокохромистого и высокомагнезиального ильменита, источником которого являются мантийные метасоматиты в основании литосферы. Ильмениты с низким содержанием Cr должны быть также богаты Mg и представлять собой продукты кристаллизации из нефракционированного протокимберлита. Поскольку гигантские алмазы на самом деле являются мегакристаллами, основная камера должна быть довольно большой и располагаться вблизи LAB, в окружении богатых ильменитом дунитов (метасоматитов). В мантийном блоке под трубкой Карове наблюдается довольно продолжительный, но узкий тренд фракционирования (см. рис. 3). Это означает, что здесь литосфера была, по существу, проницаемой для расплавов.

Как в трубке им. В. Гриба, так и в трубке Карове хромиты богаты Cr-Mg, и их состав близок к составу включений в алмазах [Sobolev, 1977]. Содержание TiO₂ во включениях алмазов из трубки Карове довольно велико и достигает 5 мас. %. Предполагается, что кристаллизация таких хромитов вблизи LAB обусловлена влиянием богатых H₂O протокимберлитовых магм.

Хромдиопсиды в трубках Карове и им. В. Гриба образуют протяженный тренд. Содержание в них Cr₂O₃ достигает 4 мас. %, а Al₂O₃ не очень велико, что характерно для метасоматитов из нижней части мантийной литосферы. Количество эклогитовых омфацитов в алмазных включениях и в ксенолитах довольно велико как в трубке Карове [Motsamai et al., 2018], так и в трубке им. В. Гриба [Shchukina et al., 2019; Kargin, 2021].

Пиропы из трубки им. В. Гриба демонстрируют ярко выраженный пироксенитовый тренд в верхней и нижней части разреза вблизи LAB. Количество субкальциевых гранатов велико только в нижней части мантийной толщи, что является благоприятным фактором, но не главным. Это означает, что дуниты при плавлении концентрируют расплавы в нижней части разреза мантии. Для трубки Карове характерны мегакристаллические пироп-альмандиновые гранаты.

Таким образом, сочетание всех этих факторов довольно уникально, и рост крупных алмазов мог происходить в основном в шовных тектонических зонах, где концентрировались субдукционные эклогиты. Например, алмазные включения из россыпи Эбелях на 90 % состоят из эклогитовых минералов [Shatsky et al., 2015].

7.3. Модель происхождения CLIPPIR алмазов

Наиболее вероятной моделью происхождения гигантских алмазов является их рост в глубинном протокимберлитовом магматическом очаге вблизи LAB. При этом существенна его прямая связь с гораздо более глубоким сублитосферным магматическим очагом. Это подтверждается наличием мэйджоритовых включений, которые при тех же расчетах должны соответствовать 100–150 ГПа [Gasparik, 2002]. Мощность кратона определяется границей в 8.5–9.0 ГПа (~290–300 км) [Agee, 1998], которая физически соответствует границе инверсии плотности расплав – оливин, то есть ниже оливин обладает положительной плавучестью. И кратон, и в еще большей степени Анабарский щит, имеющие в основном богатый оливином мантийный субстрат, «плавают» на более плотном астеносферном субстрате. Значение Р у LAB, в геологической литературе повсеместно определяемое как 6.5–7.0 ГПа (250–270 км), соответствует пределу устойчивости оливина в присутствии расплава [Peslier et al., 2010, 2012]. Внедрение богатых летучими кимберлитов приводит к разрушению оливина и так называемому окислительному плавлению [Foley, 2011] с образованием деформированных перидотитов, которые обычно ассоциируются с астеносферой, являясь породами, подвергшимися гидравлическому разрушению при взаимодействии с протокимберлитами. Глубина залегания кимберлитовых очагов, вероятно, значительно больше, поскольку они содержат включения из нижней мантии [Kaminsky, 2012], а их изотопия Pb HIMU (Hiμ) свидетельствует о формировании на границе ядра и мантии [Collerson et al., 2010]. Такие глубокие сублитосферные магматические очаги должны были содержать большое количество сульфидов и самородных металлов и иметь очень низкую летучесть кислорода [Zelenski et al., 2024]. Обилие большого количества сульфидов и металлов в CLIPPIR алмазах свидетельствует о присутствии таких глубоких расплавов при их образовании. Но эти алмазы также содержат типичные включения из литосферной мантии, и, следовательно, они кристаллизовались на глубинном уровне литосферы [Moore, Helmstaedt, 2023]. Химический состав алмазов IIa, не содержащих B-центров, и их изотопный состав можно объяснить очень низким содержанием литосферного материала в субстрате, где кристаллизуются эти алмазы [Regier et al., 2020]. Основным фактором кристаллизации таких алмазов должно быть наличие соединенных литосферной и сублитосферной камер, которые также обеспечивают дополнительное давление за счет гидравлического эффекта (гидростатический парадокс) [Ashchepkov et al., 2023]. Субстрат должен быть слабо окислен. Предположительно материалом, который создает восстановительные условия [Chatterjee et al., 2023], являются эклогиты из самых глубоких частей литосферы, содержащие углерод, попавший туда в результате субдукции. Этот субдукционный материал, вероятно, может быть насыщен летучими веществами, в основном водой. Это способствует кристаллизации смеси расплава и флюида, похожей на пегматит. Расплав взаимодействует с кристаллами силикатных минералов стенок канала. Вероятно, должна наблюдаться существенно выраженная зональность алмазных кристаллов-гигантов, но ее описание в литературе отсутствует.

7.4. Эволюция мантийной литосферы под кимберлитами, содержащими CLIPPIR алмазы

Для создания модели образования подобных алмазов необходимо рассмотреть процессы, которые происходили в литосферной мантии под алмазоносной трубкой Карове (АК-6) [Motsamai et al., 2018]. Реконструкция мантийного разреза этой трубки представлена на рис. 13. Рудник АК-6 известен благодаря обнаружению большого количества крупных CLIPPIR алмазов весом до 1100 карат. Здесь найден сверхглубокий алмаз IIb, содержащий Fe-ферропериклаз и бриджманит. Условия роста для этого алмаза были определены как ≈23.5 ГПа и 1650±200 °C [Gu et al., 2022]. Сверхглубокая природа происхождения этого алмаза очевидна.

Как можно видеть на рис. 13, более глубокая часть СКЛМ под рудником Карове содержит большое количество эклогитов. Более глубокая часть с содержанием железа Fe# ~0.15, вероятно, соответствует параметрам протокимберлитов. Их взаимодействие с перидотитами привело к образованию более богатых Mg разновидностей, которые, начиная с Fe#_Ol ~11–13 %, создают тенденцию к кристаллизации ильменита, по содержанию Mg соответствующего ильменитовым дунитам и расплавляющегося в нижней камере, затем в верхних камерах и в стенках каналов [Ashchepkov et al., 2023]. Все это сопровождается обогащением Cr и ростом содержания Fe, что соответствует фракционированию Ol при снижении давления. Эта тенденция близка к таковой для клинопироксенов с низким содержанием Cr мегакристаллического типа.

Вблизи LAB обнаружены тренды пиропов с низким содержанием Cr (как в деформированных перидотитах) и повышенной Fe#, а затем выше они демонстрируют снижение содержания Fe из-за взаимодействия с перидотитами. Эклогитовые гранаты также демонстрируют тенденцию к увеличению Fe#_Ol от 0.15–0.30 % при снижении давления с 6.5 до 3.0 ГПа, что связано с кристаллизацией силикатов. Интересно то, что в другой кимберлитовой фазе не наблюдается столь выраженного тренда, что характеризует ее локализацию в пределах более проницаемых зон мантии. Существуют как минимум два субвертикальных тренда без изменений содержания Fe, что может объясняться быстрым подъемом в пределах трещин без существенного проявления кристаллизационной дифференциации и изменений Fe#_Ol. Это указывает на довольно активное образование трещин в процессе тектонической активности.

Магнезиальная часть диаграммы P – Fe#_Ol демонстрирует присутствие Na-Al-Cr пироксенов в мантийной толще под трубкой Карове. Обогащение Al и Na является признаком адакитового типа метасоматоза, который был вызван частичным плавлением эклогитов, богатых летучими веществами. На диаграмме можно увидеть две такие ветви с различными значениями Fe-Al. Имели место по крайней мере два эпизода проникновения и миграции расплава по трещинам.

7.5. Значение и перспективы Анабарского района

Находки крупных кристаллов мегакристаллических CLIPPIR алмазов в россыпях (см. рис. 1, б, в) позволяют предположить, что район вблизи границы Анабарского щита является весьма перспективным для подобных находок. Конечно, наиболее перспективный район находится как раз у р. Эбелях. В Лучаканском поле и нескольких трубках Куранахского поля обнаружено много кимберлитов с очень высоким содержанием эклогитов. Эти трубки были предварительно минералогически исследованы, и минералоги в основном искали фиолетовые хромпиропы, а оранжевые гранаты не учитывались при оценке перспектив кимберлитов. Более того, в работах У. Гриффина [Griffin et al., 1999a, 1999b; Griffin, O’Reilly, 2007] было высказано предположение, что деламинация литосферы при воздействии плюмовых расплавов, связанных с Сибирским суперплюмом, определяет весь этот регион как низкоперспективный.

Но дальнейшие поисковые работы позволили обнаружить множество перспективных алмазных россыпей в междуречье р. Анабар – р. Оленек [Grakhanov et al., 2009, 2015]. В работе В. Шатского и его коллег [Shatsky et al., 2015] показано, что источником алмазов в эбеляхских россыпях были в основном эклогиты, а А. Логвинова (неопубликованные работы) указывает на пироксенитовые и эклогитовые источники алмазов в триасовых отложениях близ устья р. Лены.

Работы авторов показывают, что мантийная литосфера Анабарского щита сильно истощена [Ashchepkov et al., 2010, 2023]. Однако в средней части СКЛМ имеется очень толстая пироксенит-эклогитовая линза – результат переплавления древних раннеархейских мантийных эклогитов под воздействием плюмовых и субдукционных расплавов [Kostrovitsky et al., 2022; Kalashnikova et al., 2021]. Некоторые трубки в пределах Ары-Мастахского и Дюкенского полей выглядят пока не очень перспективно.

Структура мантии под Куранахским, Западно-Укукитским и Чомурдахским полями оказалась одинаковой, так как в основном перидотитовая мантия обнаруживает здесь слоистость, сложенную восемью горизонтами (палеосубдукционными пластинами) [Ashchepkov et al., 2023]. В некоторых трубках содержится гораздо больше эклогитового материала. Таким образом, необходимо еще раз проверить все концентраты и протестировать эклогитовые минералы, чтобы уточнить состав мантии и структуру магматических протокимберлитовых систем. Интересно, что иногда эклогиты довольно неравномерно распределены в мантийных колоннах даже в пределах одного поля, а некоторые, как Робертс-Виктор, аномально обогащены эклогитами, в том числе алмазоносными [Ashchepkov et al., 2023]. Это позволяет предположить, что эклогиты формируются в виде вертикально-наклонных тел в СКЛМ.

Необходимо отметить, что триасовые трубки Прианабарья в основном показывают, что интервал их захвата смещен к среднему и верхнему интервалу давления, а девонские трубки, как Ленинград, демонстрируют более глубокий захват материала. Таким образом, можно сделать вывод, что источники таких алмазных россыпей, как Эбелях, также были девонскими и в настоящее время, по существу, денудированы. Более того, некоторые авторы предположили, что источники были докембрийскими [Afanasiev, Pokhilenko, 2022] и сейчас их очень трудно найти. Но наличие таких трубок, как Ленинград и Аэрогеологическая, позволяет предположить, что будут обнаружены перспективные коренные залежи алмазов типа CLIPPIR.

Мантийные метасоматические ассоциации в северной части Сибирского кратона богаты амфиболом, связанным с субдукционными процессами [Ashchepkov et al., 2023], что увеличивает перспективы обнаружения типичных субдукционных алмазов.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Структурно-тектоническое положение большинства мезозойских кимберлитовых полей Анабарского района в пределах Хапчанского и Далдынского террейнов сходно с положением африканских кимберлитов с CLIPPIR алмазами, локализованными на границе архейских кратонов с протерозойскими складчатыми поясами. Обнаружение таких алмазов в эбеляхских россыпях подтверждает перспективность их обнаружения в якутских кимберлитах.

Мантийные толщи под трубками Малокуонамской и Ленинград сильно истощены в нижней части СКЛМ. В средней части мантийного разреза отмечается эклогит-пироксенитовая линза большой мощности.

Обилие эклогитов в кимберлитах возле Анабарского щита и близлежащих районах увеличивает вероятность обнаружения месторождений CLIPPIR алмазов.

Разработанный авторами метод 5E диаграмм Митчелла и петрохимической кластеризации МСА в настоящее время является уникальным алгоритмом, позволяющим прогнозировать высококачественные CLIPPIR алмазы в кимберлитах.

Близость составов минералов-спутников алмазов трубок Ленинград и Карове составляет 74 %, что аналогично составам МСА трубки им. В. Гриба (сходимость P=74 %), где в настоящее время добываются крупные CLIPPIR алмазы. Перспективы находок в трубке Ленинград CLIPPIR алмазов высоки.

Сходство составов минералов-спутников алмазов трубок Малокуонамской и Карове невелико и составляет всего 20 %. Перспективы находок в трубке Малокуонамской CLIPPIR алмазов невелики.

Метод 5Е диаграмм может быть использован для прогнозирования CLIPPIR алмазов в кимберлитах Анабарского региона на стадии поиска и разведочных работ на слабоалмазоносных трубках, ранее оценивавшихся как непромышленные, что может значительно повысить их инвестиционный потенциал.

9. БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы статьи выражают благодарность главному научному сотруднику ИГХ СО РАН C.И. Костровицкому за предоставленные образцы проб для микрозондового изучения МСА и ценные советы при подготовке статьи и сотрудникам аналитических служб ИГАБМ СО РАН и ИГМ СО РАН. Авторы выражают глубокую признательность д.г.-м.н. Н.Н. Зинчуку и д.г.-м.н. З.В. Специусу за полезные замечания, позволившие качественно улучшить рукопись.

10. ЗАЯВЛЕННЫЙ ВКЛАД АВТОРОВ / CONTRIBUTION OF THE AUTHORS

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

11. РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ / DISCLOSURE

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.