Способ выделения приоритетных ореолов рассеяния минералов-спутников алмазоносных кимберлитов

Изобретение относится к области минералого-геохимических исследований и может быть использовано для выделения приоритетных ореолов рассеяния пиропов алмазоносных кимберлитов. Сущность: отбирают представительную пробу зерен пиропов. Определяют макрокомпонентный состав пиропов методом рентгеноспектрального микроанализа и содержание микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc. Рассчитывают давление и температуру образования зерен пиропов. Строят дискриминационные диаграммы с выделенными полями реперных петрологических обстановок и процессов. Оценивают долю пиропов с соответствующими зоне стабильности алмаза параметрами давления и температуры. Оценивают степень воздействия флогопитового и расплавного мантийного метасоматоза. На основании полученных данных выделяют приоритетные шлиховые ореолы рассеяния пиропов. Технический результат: повышение достоверности выделения приоритетных ореолов рассеяния пиропов алмазоносных кимберлитов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области минералого-геохимических методов поисков и разведки полезных ископаемых и касается поисков коренных и россыпных месторождений алмазов.

Известен способ поисков алмазоносных кимберлитовых трубок, основанный на шлиховом опробовании рыхлых отложений, выделении из полученных шлиховых проб пиропов и оценке доли пиропов с типичными для алмазного парагенезиса параметрами состава (содержаниями Cr₂O₃ и СаО), определенными рентгеноспектральным микроанализом, см. а.с. СССР №589870. Этот способ широко применяется на практике, однако в некоторых районах дает «отказы», так как обозначенные в нем особенности состава пиропов не являются достаточным условием алмазоносности искомых кимберлитов, поскольку с одной стороны, не учитывают возможность присутствия пиропов иного состава из парагенезиса с алмазом из т.н. «аномальных кимберлитов», а с другой стороны не учитывают степень воздействия расплавного мантийного метасоматоза, который отрицательно влияет на алмазоносность кимберлитов вплоть до полного уничтожения алмазов, что нередко отмечается в практике поисковых работ в некоторых регионах мира.

Известен способ поисков алмазоносных кимберлитовых трубок, основанный на шлиховом опробовании рыхлых отложений, выделении из полученных шлиховых проб пиропов, определении состава пиропа рентгеноспектральным микроанализом, оценке уровня глубинности и принадлежности к парагенезису с алмазом каждого индивидуального зерна пиропа путем сравнения его состава с составом подобранного по определенным правилам эталона, см. патент РФ №2004914. Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа. В данном способе расчет давления образования гранатов крайне сложен и основан на множестве косвенных недоказанных предположений и допущений, что не позволяет считать эту методику корректной, и на практике эта методика не применяется.

Недостатком всех известных способов поисков алмазоносных кимберлитовых трубок является то, что в них либо учитывается принадлежность к алмазному парагенезису лишь части соответствующих пиропов, либо таковая принадлежность определяется только на уровне умозрительных предположений, и в обоих случаях не учитывается уничтожающее алмазы влияние расплавного мантийного метасоматоза.

Задачей заявляемого изобретения является повышение достоверности и надежности выделения приоритетных ореолов рассеяния пиропов заведомо алмазоносных кимберлитов, что позволяет провести отбраковку бесперспективных шлиховых ореолов рассеяния пиропов заведомо неалмазоносных кимберлитов для оценки целесообразности проведения более детальных поисковых работ.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению способ выделения приоритетных ореолов рассеяния пиропов алмазоносных кимберлитов, включающий отбор представительной пробы зерен пиропов, определение макрокомпонентов методом рентгеноспектрального микроанализа, расчет давления и температуры образования зерен пиропов, выделение зерен пиропов, по условиям образования соответствующих алмазному парагенезису, характеризуется тем, что дополнительно определяют для каждого зерна пиропа концентрации микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc, затем по содержанию Ni и Cr рассчитывают температуры и давления образования пиропов, строят дискриминационные диаграммы с выделенными полями реперных петрологических обстановок и процессов Cr₂O₃ - СаО; Cr₂O₃ - TiO₂; TiO₂ - Zr; Y - Zr; T(Ni)°C - Y; T(Ni)°C - Zr; T(Ni)°C - P(Cr); Nd/Y - Sc/Y, после чего проводят оценку доли пиропов с соответствующими зоне стабильности алмаза параметрами давления и температуры и оценку степени воздействия мантийного метасоматоза по доле пиропов с содержанием циркония более 70 г/т в полях флогопитового и расплавного мантийного метасоматоза на диаграмме Y-Zr по отношению к общему количеству изученных пиропов и выделяют приоритетные шлиховые ореолы рассеяния пиропов.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:

- концентрации микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc определяют масс-спектрометрическим методом с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией LAM ICP-MS;

- по концентрации микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc проводят оценку степени воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза, уничтожающего алмазы;

- приоритетные шлиховые ореолы рассеяния пиропов алмазоносных кимберлитов выделяют по увеличению доли пиропов с температурными параметрами 900-1100°С и соответствующих зоне стабильности алмаза и/или по уменьшению степени воздействия мантийного метасоматоза.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что обеспечивается возможность установить закономерности соответствия характера распределения макрокомпонентов и микроэлементов в пиропах со степенью алмазоносности кимберлитов.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 представлена диаграмма Cr₂O₃ - СаО [Соболев, 1974], дополненная контурами полей состава пиропов разных фаций глубинности] для пиропов из концентратов трубок, где: фиг. 1А - Зимний Берег, Золотицкий куст, Северная группа, фации глубинности: 1 - шпинель-пироповая С1, 2 - гроспидитовая С2, 3 - коэситовая С3, 4 - алмаз-пироповая D; Южная группа, фации глубинности: 5 - шпинель-пироповая С1, 6 - гроспидитовая С2, 7 - коэситовая С3, фиг. 1Б - Зимний Берег, трубка им. Гриба: 8 - алмаз-пироповая фация D, 9 - ильменитовый парагенезис, 10 - другое; трубки Пачугского куста: 11 - алмаз-пироповая фация D, 12 - ильменитовый парагенезис, 13 - другое, фиг. 1B - Средний Тиман, трубка Умбинская; на фиг. 2 представлен характер зависимости T(Ni) (°С) и Р(Cr) (кбар) для пиропов из концентратов трубок, где фиг. 2А - Зимний Берег, Золотицкий куст; фиг. 2Б - Зимний Берег, трубка им. Гриба и трубки Пачугского куста;. В - Средний Тиман, трубка Умбинская. Условные обозначения: АО - параметры условного «алмазного окна», другие условные обозначения аналогичны обозначениям на фиг. 1; на фиг. 3 показан характер распределения TiO₂ (%)-Zr (ppm) (слева) и Y-Zr (ppm) (справа) в пиропах из концентратов трубок. А-Г - Зимний берег, при этом фиг. 3А - Золотицкий куст, Северная группа, фиг. 3Б - Южная группа; фиг. 3В - Пачугский куст; фиг. 3Г - трубка им. Гриба, фиг. 3Д - Средний Тиман, трубка Умбинская. Условные обозначения аналогичны обозначениям на фиг. 1.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

Производят отбор представительной пробы шлихового ореола зерен пиропов с однородной историей экзогенного морфогенеза и определяют макрокомпонентный состав пиропов с помощью рентгеноспектрального микроанализа и содержание микроэлементов (Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc) методом LAM ICP-MS анализа (метод масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией). Затем выполняют расчет температуры и давления образования пиропов по содержанию Ni и Cr (Т_(Ni)°С и Р_(Cr), кбар) и производят построение специализированных дискриминационных диаграмм с выделенными полями реперных петрологических обстановок и процессов. Далее проводят интерпретацию и оценку доли пиропов с температурными параметрами «алмазного окна» и соответствующих зоне стабильности алмаза, а также оценку степени воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза. На основании полученных результатов проводят разделение, градацию шлиховых ореолов по увеличению доли пиропов с температурными параметрами «алмазного окна» и соответствующих зоне стабильности алмаза, а также по уменьшению степени воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза, выделяют приоритетные ореолы рассеяния пиропов заведомо алмазоносных кимберлитов для постановки более детальных поисковых работ, выделяют и отбраковываются бесперспективные шлиховые ореолы рассеяния пиропов заведомо неалмазоносных кимберлитов для прекращения или приостановки более детальных поисковых работ.

Для примера применения заявленного способа приводится сложившаяся геолого-поисковая ситуация в Архангельской алмазоносной провинции и, прежде всего, в Зимнебережном алмазоносном районе, в качестве объектов сравнения изучены кимберлиты Умбинского района Среднего Тимана.

Зимнебережный алмазоносный район отличается широким разнообразием кимберлитов как по вещественному составу (безильменитовые кимберлиты глиноземистой серии и ильменитовые кимберлиты железо-титанистой серии), так и по степени алмазоносности: от месторождений алмазов (месторождение им. Ломоносова, кимберлиты Al-серии; месторождение им. Гриба, кимберлиты Fe-Ti-серии) до убогоалмазоносных и неалмазоносных кимберлитов и родственных им пород Al-серии и Fe-Ti-серии. Наряду с очевидными различиями вещественного состава и алмазоносности вулканических пород разных серий, разного типа и разных кустов, отмечается и совершенно неочевидные (но резкие) различия алмазоносности в целом однотипных пород и даже однотипных пород одного куста. Так, практически одинаковые кимберлиты сближенных в пространстве до 100 м трубок Золотицкого куста (месторождение им. Ломоносова) отчетливо различаются по степени алмазоносности: туффизиты кимберлитов в трубках Северной группы примерно в 2-3 раза беднее, чем в трубках Южной группы. Такие совершенно неочевидные различия однотипных кимберлитов одного куста не находят объяснения при использовании традиционных методов исследований. Еще большие и также не находящие объяснения различия степени алмазоносности при схожести минерального состава отмечаются для кимберлитов трубки им. Гриба (месторождение им. Гриба) и убогоалмазоносных и неалмазоносных кимберлитов Пачугского куста.

Использование критериев предложенного ранее способа поисков алмазоносных кимберлитовых трубок по а.с. №589870 показывает его применимость на Севере Русской платформы только в очень ограниченных пределах.

Так, по полученным данным, отсутствие алмазов в трубке Умбинская (Средний Тиман) находится в полном соответствии с ее безрудностью по минералогическому критерию алмазоносности кимберлитов в соответствии с а.с. №589870 (фиг. 1B). В то же время для изученных кимберлитов Зимнего Берега отмечается несоответствие между величиной их установленной алмазоносности и потенциальной алмазоносностью, оцениваемой по указанному выше минералогическому критерию. Кимберлиты Северной группы Золотицкого куста (Al-серия) содержат 14,5% пиропов алмазного парагенезиса, хотя в 2-3 раза беднее алмазами, чем кимберлиты Южной группы, которые (в изученной выборке) вообще не содержат пиропов алмазного парагенезиса (фиг. 1А). Однотипные в целом кимберлиты трубки им. Гриба и трубок Пачугского куста (Fe-Ti-серия) имеют примерно одинаковую долю пиропов алмазного парагенезиса (6,7% и 6,3% соответственно) (фиг. 1Б) при том, что алмазоносность этих двух групп трубок различается на полтора порядка (в 30-50 раз). Возможно, такое расхождение между реальной и потенциальной алмазоносностью кимберлитов, определяемой по минералогическому критерию, может являться результатом разной степени воздействия астеносферных расплавов на мантийный субстрат кимберлитов.

Эти неочевидные особенности кимберлитов получают объяснение при рассмотрении характера распределения в пиропах редких элементов по предлагаемому способу.

Одним из основных методов интерпретации распределения микроэлементов в пиропах является расчет температуры и давления их образования по содержанию Ni и Cr (Т_(Ni) и Р_(Cr)). TP-параметры, определенные этим способом, хотя и условные, но вполне приближаются к реальным значениям. Характер расположения точек пиропов на диаграмме Т_(Ni)-Р_(Cr) (фиг. 2) позволяет определить примерный температурный интервал «алмазного окна» 900-1100°С. Признаки «скрытого» мантийного метасоматоза проявляются в характере распределения редких элементов в глубинных минералах (фиг. 3). Для пиропов наиболее информативными в расшифровке характера мантийных процессов являются элементы: Ti, Zr, Y, Ga, Nd, Sc, Cr, Ni.

Степень отрицательного воздействия наложенного мантийного метасоматоза на алмазоносность кимберлитов определяется по доле пиропов с содержанием циркония более 70 г/т в полях флогопитового и расплавного мантийного метасоматоза на диаграмме Y-Zr (по отношению к общему количеству изученных пиропов).

Для пиропов трубок Северной группы Золотицкого куста общий интервал температур образования 880-1150°С, но для подавляющего большинства пиропов температурный интервал очень узок - 940-1080°С. Для пиропов трубок Южной группы характерен интервал температур 700-1140°С. Значительная часть пиропов из кимберлитов и Северной и Южной группы Золотицкого куста по температуре образования соответствует параметрам условного «алмазного окна» и области стабильности алмаза (фиг. 2А), что в целом соответствует их хотя и разной, но промышленной алмазоносности. При этом пиропы из трубок Северной группы отличаются гораздо более высокой степенью воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза (фиг. 3А, Б), приведшего к уничтожению части алмазов, что вполне объясняет их гораздо меньшую (в 2-3 раза) алмазоносность по отношению к трубкам Южной группы.

Для пиропов трубок Пачугского куста характерен очень широкий интервал температур - 700-1300°С. При этом все пиропы четко группируются в 2 совокупности. 1-я - низкотемпературная (700-880°С), 2-я - высокотемпературная (1100-1300°С). В область между этими 2-мя совокупностями пиропов попадают лишь единичные зерна низкобарических пиропов, то есть, для пиропов кимберлитов Пачугского куста температурный интервал 880-1100°С (в точности совпадающий с температурными параметрами условного «алмазного окна» 900-1100°С) - практически отсутствует. В противовес этому, почти все (более 90%) пиропов трубки им. Гриба соответствует температурным параметрам условного «алмазного окна». Общий интервал температур пиропов трубки им. Гриба 850-1160°С, и так же как в трубках Пачугского куста, отмечается присутствие 2-х главных совокупностей зерен: низкотемпературной и высокотемпературной, но параметры их совершенно иные - 850-940°С и 1020-1120°С. То есть почти все пиропы трубки им. Гриба не просто соответствуют температурным параметрам условного «алмазного окна», но и характеризуются такими температурными параметрами, которых практически нет у пиропов трубок Пачугского куста. Почти все пиропы трубки им. Гриба соответствуют параметрам «алмазного окна» и значительная их часть - зоне стабильности алмаза (фиг. 2Б), а степень мантийного метасоматоза для этих пиропов низка (фиг. 3Г). В то же время ни один из пиропов трубок Пачугского куста не соответствуют параметрам «алмазного окна» (фиг. 2Б), а степень воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза для этих пиропов весьма высока (фиг. 3В). В кимберлитах Пачугского куста часть пиропов 1-й, низкотемпературной совокупности соответствует зоне стабильности алмаза (фиг. 2Б), однако при этих параметрах алмазы в природных условиях не образуются, а все пиропы 2-й, высокотемпературной совокупности в результате повышения температуры под воздействием наложенного расплавного мантийного метасоматоза оказались и вне зоны «алмазного окна», и вне зоны стабильности алмаза, что могло привести к почти полному уничтожения алмазов в этих кимберлитах.

Для трубки Умбинская температурный интервал образования пиропов очень узок - 880-1020°С, т.е. все зерна (99% общего количества) соответствуют по температуре наиболее распространенным параметрам «алмазного окна», однако ни одно зерно пиропа не соответствует параметрам зоны стабильности алмаза (фиг. 2В), что хорошо согласуется с отсутствием алмазов в этой трубке, даже при полном отсутствии воздействия мантийного метасоматоза (фиг. 3Д).

Использование характера распределения микроэлементов в пиропах на примере разнообразных по составу кимберлитов Архангельской алмазоносной провинции подтверждает работоспособность этого критерия оценки степени алмазоносности кимберлитов даже в тех случаях, когда разработанные ранее минералогические критерии алмазоносности не дают реальных результатов.

При практической реализации способа на выбранной потенциально перспективной площади проводится шлихо-минералогическое опробование четвертичных отложений (отбор необходимого количества шлиховых проб из аллювиальных, ледниковых и других типов отложений) и/или древних промежуточных коллекторов (отбор необходимого количества керновых проб из скважин и/или протолочных проб из терригенных дочетвертичных пород). Минимально представительное количество отобранных проб - 30 шт.

Проводится минералогический анализ отобранных проб. По результатам минералогического анализа и изучения типоморфных морфологических особенностей пиропов выделяются обособленные шлиховые ореолы с однородной историей экзогенного морфогенеза пиропов.

Из головной (наиболее обогащенной и приближенной к коренному источнику) части каждого выделенного обособленного шлихового ореола пиропов отбираются зерна пиропов размером более 0,25 мм (представительная выборка 30-100 зерен, если зерен меньше 30 шт., то отбираются все обнаруженные зерна пиропов, включая размер меньше 0,25 мм).

Проводится определение в пиропах на рентгеноспектральном микроанализаторе макрокомпонентов (оксидов): SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Cr₂O₃, FeO, MnO, MgO, СаО, Na₂O.

Проводится определение в пиропах методом LAM ICP-MS микроэлементов: Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc, расчет температуры и давления образования пиропов по содержанию Ni и Cr (T(Ni)°C по Canil, 1999 и Р(Cr) кбар по Ryan et al., 1996 или по Grutter et al., 2006), а также построение дискриминационных диаграмм с выделенными полями реперных петрологических обстановок и процессов: Cr₂O₃ - СаО; Cr₂O₃ - TiO₂; TiO₂ - Zr; Y - Zr; T(Ni)oC - Y; T(Ni)oC - Zr; T(Ni)°C - P(Cr), Nd/Y - Sc/Y.

Интерпретация полученных данных проводится путем оценки доли пиропов с температурными параметрами «алмазного окна» и соответствующих зоне стабильности алмаза, оценки степени воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза по доле пиропов с содержанием циркония более 70 г/т в полях флогопитового и расплавного мантийного метасоматоза на диаграмме Y-Zr.

По увеличению доли пиропов с температурными параметрами «алмазного окна» и соответствующих зоне стабильности алмаза, а также по уменьшению степени воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза осуществляются разделение, градация выделенных шлиховых ореолов, по характеру распределения микроэлементов в гранатах для постановки более детальных поисковых работ производится выделение приоритетных ореолов рассеяния пиропов заведомо алмазоносных кимберлитов, а также выделение и отбраковка бесперспективных шлиховых ореолов заведомо неалмазоносных кимберлитов (с ТР-параметрами образования, не соответствующими зоне стабильности алмаза и параметрам «алмазного окна» и/или с высокой степенью воздействия уничтожающего алмазы мантийного метасоматоза) для прекращения или приостановки более детальных поисковых работ.

Заявленное техническое решение эффективно оценивает перспективность изыскательских работ по поиску коренных и россыпных месторождений алмазов и может быть реализовано с использованием известных технических и технологических средств.

1. Способ выделения приоритетных ореолов рассеяния пиропов алмазоносных кимберлитов, включающий отбор представительной пробы зерен пиропов, определение макрокомпонентов методом рентгеноспектрального микроанализа, расчет давления и температуры образования зерен пиропов, выделение зерен пиропов, по условиям образования соответствующих алмазному парагенезису, отличающийся тем, что дополнительно определяют для каждого зерна пиропа концентрации микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc, затем по содержанию Ni и Cr рассчитывают температуры и давления образования пиропов, строят дискриминационные диаграммы с выделенными полями реперных петрологических обстановок и процессов Cr₂O₃ - СаО; Cr₂O₃ - TiO₂; TiO₂ - Zr; Y - Zr; T(Ni)°C - Y; T(Ni)°C - Zr; T(Ni)°C - P(Cr); Nd/Y - Sc/Y, после чего проводят оценку доли пиропов с соответствующими зоне стабильности алмаза параметрами давления и температуры и оценку степени воздействия мантийного метасоматоза по доле пиропов с содержанием циркония более 70 г/т в полях флогопитового и расплавного мантийного метасоматоза на диаграмме Y-Zr по отношению к общему количеству изученных пиропов и выделяют приоритетные шлиховые ореолы рассеяния пиропов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрации микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc определяют масс-спектрометрическим методом с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией LAM ICP-MS.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по концентрации микроэлементов Y, Zr, Ga, Ni, Ti, Nd, Sc проводят оценку степени воздействия расплавного и флогопитового мантийного метасоматоза, уничтожающего алмазы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приоритетные шлиховые ореолы рассеяния пиропов алмазоносных кимберлитов выделяют по увеличению доли пиропов с температурными параметрами 900-1100°С и соответствующих зоне стабильности алмаза и/или по уменьшению степени воздействия мантийного метасоматоза.