Фазы формирования и возраст кимберлитовых трубок среднего тимана

В 1977—1978 гг. на Среднем Тимане работами Ухтинской ГРЭ, ЗГТ и ЦНИГРИ были обнаружены кимберлитовые трубки. Сведения об особенностях их геологического строения и вещественного состава могут послужить первоначальной основой для выработки критериев-прогнозирования подобных образований на территории Восточно-Евро­пейской платформы.

Кимберлитовые трубки прорывают черносланцевые толщи верхнего протерозоя и перекрываются четвертичными отложениями (Водораздельная и Средненская трубки) и туфогенно-терригенными отложениями франского яруса верхнего девона (Умбинская). Первые две трубки расположены в осевой части выступа верхнепротерозойских пород, а последняя — в зоне ступенчатого погружения его под фанерозойские отложения Печорской синеклизы (рис. 1).

Трубка Водораздельная представляет собой совокупность тела массивных кимберлитов (Водораздельная-I) и кимберлитовой брекчии (Водораздельная-II). Водораздельная-I — изометричной, округлой в плане формы штокообразное тело, круто склоняющееся на юг-юго-запад. Структура породы, слагающей тело, порфировая, во вкрапленниках — псевдомор­фозы вторичных минералов по оливину двух генераций.

Рис. 1. Геологический разрез Умбинского кимберлитового поля:

Оливин-I (3—5%) размером 3—20 мм имеет овальную или непра­вильную форму. Иногда содержит мелкие включения хромшпинелида, хромдиопсида, пиропа, а также магнетита и рутила (последние два ми­нерала характерны и для оливина-II). Оливин-II (40—50%) размером 0,5—5 мм обладает четко выраженным идиоморфизмом, редко образует сростки нескольких зерен.

Основная масса породы имеет микролитовую (микропризматически зернистую) структуру и состоит из пластинок замещенного меллилита (30—40%), зерен лейкоксена и титаномагнетита, погруженных в мик­розернистый (апостекловатый?) агрегат вторичных минералов.

Содержания составных частей пород приведены в % от объема породы, а содер­жания минералов-спутников—в весовых %.

Ксенолиты вмещающих сланцев (5—10%, в приконтактовых зонах до 30%) носят явные следы термического воздействия магмы: четкое концентрически зональное распределение окраски, уничтожение первич­ных сланцеватых текстур в периферийных частях, иногда оплавленную (до амебообразной) форму. Внешняя кайма вокруг ксенолитов сложена спутанно-игольчатым агрегатом эгирина. Приконтактовые зоны вмеща­ющих сланцев превращены в массивные яшмоподобные породы — ороговикованы. В ксенолитах в 1,5 раза меньше SiO₄, чем в неизменных сланцах, и в 15 раз больше MgO, что говорит о перераспределении вещества в процессе застывания магмы и объясняет пониженное отно­шение Si:Mg в породе (табл. 1, рис. 2).

Рис. 2 Химический состав кимберлитов Среднего Тимана в координатах Si:Mg—Mg:SFe:

Текстура породы массивная, однако микролиты иногда обволаки­вают вкрапленники и некоторые ксенолиты, образуя концентрическое строение обособлений округлой формы, превращая текстуру породы почти в автолитовую. Минералы-спутники (размером до 1 мм) содер­жатся в ней в знаках (на 1 кг). Это хромшпинелид, хромдиопсид, умереннохромистый кальциевый пироп (рис. 3), муассанит. Пикроильменит, а также глубинные включения в породе не встречены.

Все составные части породы замещены агрегатом серпентина, хло­рита, монтмориллонита, карбоната. Свежий оливин обеих генераций

Таблица 1

1 — массивные микролитовые кимберлиты тела Водораздельная — I; 2 — массивные микролитовые кимберлиты тела Водораздельная — IA;

3—ксенолит сланца в теле Водораздельная—I, 4—кимберлитовая брекчия тела Водораздельная—II, 5—включение массивного микроли-тового кимберлита в теле Средненская—II, 6—кимберлитовая брекчия тела Срсдненская—II, 7 — массивные безмикролитовые ким­берлиты тела Умбинская—А (карбонатизироваиные); 8—кимберлитовая брекчия тела Умбинская—Б (карбонатизированная), 9—вклю­чение массивного микролитового кимберлита в теле Умбинская—II; 10—включение массивного безмикролитового кимберлита в теле Ум­бинская—II; 11—ксенолит сланца в теле Умбинская—II; 12—кимберлитовая брекчия тела Умбинская—II, 13—неизмененные вмещаю­щие сланцы

Примечание: химические анализы пород выполнены в Ухтинской тематической экспедиции и в Центральной лаборатории объединения «Полярноуралгеология».

появляется только на глубине 220 м в ассоциации с перовскитом. В этой зоне порода имеет более свежий облик, в ней почти нет ксенолитов, удельное электросопротивление ее на 3—4 порядка выше, чем в других частях тела. По-видимому, в этой зоне вскрыто самостоятельное тело массивных микролитовых кимберлитов — Водораздельная -IA.

Рис. 3. Диаграмма содержаний Сr₂О₃ и СаО в пиропах из кимберлитов Среднего Тимана:

пиропы из тела: 1 — Умбинская-А; 2 — Умбинская-Б, Умбинская-II; 3 — из связующей массы, 4 — из включений безмикролитовых кимберлитов, 5 — из включений микролитовых кимберлитов; 6 — из включений перидотитов; 7 — Водораздельная-I; 8 — Водораздельная-II; 9 — пиропы из трубка Средненская

Примечание: микрорентгеноспектральные анализы пиропов выполнены в ИГиГ СО АН СССР, ЦНИГРИ И др. органи­зациях

Водораздельная-II — тело линзообразной в плане формы с соотно­шением осей 1:5, вытянутое в север-северо-западном направлении. Оно прорывает центральную часть штока и образует с ним четкие, резкие контакты. Структура породы, слагающей тело, — брекчиевая, кристаллолитокластическая, мелко-среднеобломочная. Обломочный материал представлен массивными микролитовыми кимберлитами первой фазы внедрения (10—15%), псевдоморфозами сапонита по оливину непра­вильной, часто угловатой формы (15—20%), и ксенолитами вмещающих сланцев без следов термического воздействия (30%). Обломки сцементированы тонкодисперсным агрегатом сапонита (30—40%) с редкими зернами карбоната и титаномагнетита — измененным стеклом (?). Уверенно определить характер связующей массы нельзя. Минералы-спутники содержатся в породе в том же количестве и со­ставе, что и в теле массивных кимберлитов. Однако пиропы по составу разделяются на две группы — умереннохромистые кальциевые лерцолитового парагенезиса, аналогичные пиропам из тела массивных кимберлитов, и пиропы с повышенным содержанием хрома и кальция (лерцолитовый и верлитовый парагенезис), точки составов, которых об­разуют на диаграмме Н. В. Соболева обособленное поле (рис. 3).

Характер вторичных изменений породы резко отличается от тако­вого в штокообразном теле. Кимберлитовая брекчия превращена в практически мономинеральный сапонитовый агрегат (ксенолиты сланцев замещены сапонитом частично, реже полностью). В массивных кимберлитах полной сапонитизации подверглись только приконтактовые с кимберлитовой брекчией зоны.

Брекчиевая структура породы, кластогенный характер зерен оли­вина, микрозернистый характер связующей массы, отсутствие терми­ческого воздействия на ксенолиты и вмещающие породы говорят о бы­стром (взрывном) внедрении глубинного вещества — об эксплозивном этапе формирования трубки. Сапонитизация, вероятно,—автометамор­фический процесс, вызванный повышенным содержанием летучих ком­понентов на этом этапе.

Трубка Водораздельная сложена породами двух фаций — субин-трузивной (массивные микролитовые кимберлиты) и эксплозивной (кимберлитовая брекчия).

Трубка Средненская — трубообразное, слабовытянутое на север-северо-запад в плане тело (соотношение осей 2:3), круто скло­няющееся на юг-юго-запад. Структура породы брекчиевая, кристалло-литокластическая, мелко-среднеобломочная, обусловленная обломками массивных микролитовых кимберлитов (20—25%) и вмещающих пород (50—60%), связанных агрегатом вторичных минералов (20—25%).

Обломки кимберлитов имеют овальную форму и размеры от 0,5 до 200 мм. Измененные обломки оливина или оливин с примазкой ме-лилитсодержащей породы составляют не более 5% кимберлитовой брек­чии. Структура пород порфировая, во вкрапленниках псевдоморфозы карбоната, серпентина, сапонита, тремолита по оливину и флогопит.

Оливин (40—50%) образует зерна размером 0,5—5 мм с четко вы­раженным идиоморфизмом, реже овальной формы. Характерно практи­чески полное отсутствие так называемого «оливина первой генерации» — интрателлурического вкрапленника.

Флогопит (0—15%) образует пластины со сглаженными углами или псевдогексагональные таблицы, нередко с резорбированными кон­турами. Размер выделений 1—3 мм.

Основная масса породы микролитовой структуры состоит из пла­стинок замещенного мелилита (30—40%), редко флогопита, а также зерен лейкоксена и титаномагнетита, погруженных в серпентин-хлорит-сапонит-карбонатный микрозернистый агрегат. Содержание метасома-тического флогопита в обломках колеблется от 0 до 70%. Текстура по' роды массивная, иногда флюидальная из-за субпараллельного располо­жения микролитов. Очень редко встречаются ксенолиты сланцев и ' кварцитов с ясными каймами поверхностного закала.

Ксенолиты вмещающих пород (углисто-хлорит-серицитовые слан­цы, реже кварциты) имеют угловато-сглаженную форму, размеры —0,5—100 мм. Поверхностные зоны закала отсутствуют. Часть ксенолитов слабо сапонитизирована.

Минералы-спутники встречаются в исчезающее малых количествах — хромшпинелиды и умереннохромистые кальциевые пиропы по со­ставу несколько отличаются от пиропов других трубок (рис. 3). Глу­бинные включения не встречены.

По своим структурным особенностям и характеру вторичных изме­нений порода, выполняющая трубку Средненскую, аналогична экспло­зивной кимберлитовой брекчии тела Водораздельная-!!, а включе­ния массивных кимберлитов в ней сходны с таковыми в теле Водораз­дельная-! I и представляют собой продукты дезинтеграции гипотетиче­ского (не вскрытого нами) субинтрузивного тела Средненская-1 (ана­логичного штоку массивных микролитовых кимберлитов Водораздель-ная-1).

Трубка Умбинская сложена тремя типами пород, образую­щими самостоятельные геологические тела.

Умбинская-А представляет собой, вероятно, дайкообразное тело мощностью около 7 м и углом падения 45°. Структура породы порфиро­вая, среди вкрапленников выделяются две группы. Интрателлурические вкрапленники представлены оливином первой генерации, пироксеном, пиропом, хромшпинелидом, пикроильменитом.

Оливин-1 (10—15%) образует крупные (5—40 мм) зерна овальной или неправильной формы с бугорчатой поверхностью, псевдоморфно замещенные карбонатом и гидрослюдой.

Пироксен? (1%) по форме и размерам выделений аналогичен оли-вину-1, замещен гомоосевыми выделениями хлорита.

Пироп (1%) по форме аналогичен оливину-1, размер его — 1— 15 мм. Цвет красно-фиолетовый, реже красный и оранжевый (пироп-альмандин). Все зерна окружены келифитовыми каймами с исключи­тельно редкими незначительными механическими дефектами.

Хромшпинелид (0,04%) образует овальной, неправильной формы зерна (1—6 мм) с корродированной поверхностью, а также гладкогран-ные октаэдры.

Пикроильменит (0,05%) представлен зернами овальной формы размером 1—8 мм с поверхностными реакционными каймами из перов-скита и лейкоксена.

Эти минералы образуют выделения, сходные по форме, размерам, наличию реакционных кайм и, кроме того (за исключением пироп-аль­мандина и пикроильменита), образуют вростки и срастания друг с дру­гом разного состава и соотношений, т. е. составляют парагенетическую ассоциацию.

Оливин-П (20—30%)—продукт субвулканического этапа образо­вания — представлен зернами овальной формы, редко близкой к идио-морфной, размером 0,1—2 мм, псевдоморфно замещенными карбонатом и гидрослюдой.

Минералы-вкрапленники погружены в микрозернистый агрегат гид­рослюды, магнетита (размером от 0,01 до 0,2 мм), карбоната (вероят­но, замещенное стекло).

Ксенолиты сланцев (2—3%) с сохранившейся сланцеватой тексту­рой без зон закала полностью замещены гидрослюдой.

Глубинные включения (1%) —эклогиты размером 1—8см—состоят из оранжевого пироп-альмандина, псевдоморфоз хлорита и гидрослюды по пироксену и переменного количества флогопита. Включений пери­дотитов не встречено.

Текстура породы массивная, на отдельных участках флюидальная.

Умбинская-Б слагает блок в восточной части трубки с разнораз­мерными апофизами, внедряющимися во вмещающие породы на первые десятки метров. Порода имеет брекчиевую (автолитовую) структуру и состоит из включений массивных безмикролитовых кимберлитов (60—70%), ксенолитов вмещающих пород (10—20%), связанных тон- ' кодисперсным агрегатом сапонита с редкими зернами карбоната и маг­нетита (возможно, измененным стеклом).

Включения кимберлитов имеют округлую или овальную форму, гладкую поверхность, размеры — 0,1—10 мм. Структура пород порфировая. Во вкрапленниках псевдоморфозы сапонита, реже карбо- -пата по оливину с обычно четко выраженным идиоморфизмом, редко неправильной или овальной формы, погруженные в апостекловатую массу, состоящую из сапонита, магнетита с примесью карбоната. Од­нако большей частью включения кимберлитов представлены замещен­ным оливином обломочной, субидиоморфной, реже лапчатой формы, окаймленным тонкой ровной оболочкой основной массы (нередко в по­добные оболочки заключены ксенолиты сланцев), в отдельных зонах тела присутствуют включения только такого типа, и тогда кимберлито-вая брекчия приобретает псевдопорфировый облик.

Ксенолиты вмещающих пород представлены обычно полностью са-понитизированными сланцами, иногда с тонкими зонками поверхност­ного закала.

Минералы-спутники (суммарное содержание не более 0,1%) — это ' преимущественно красно-фиолетовые пиропы размером 1—5 мм, оваль­ной формы, заключенные в келифитовые оболочки, реже хромшпинели-ды и хромдиопсиды. Встречаются эклогиты.

Умбинская-П представляет собой трубообразное, изометричнае в плане тело, круто склоняющееся на юго-запад. Структура породы брек-чиевая, кристаллолитокластическая, средне-мелкообломочная Средний состав породы: включения массивных микролитовых кимберлитов — 60%, включения массивных безмикролитовых кимберлитов — 10%, ксе­нолиты вмещающих пород — 20%, связующая масса — 10%.

Включения массивных микролитовых кимберлитов размером от 0,2 мм (зерна замещенного оливина с примазкой мелилитсодержащей породы или без нее) до 15 см по структуре и текстуре аналогичны ким­берлитам тела Водораздельная-1. Отличие — в присутствии значитель­ного количества минералов-спутников (до 0,05%), аналогичных спутни­кам тела Умбинская-Б, а также единичных включений эклогитов и пе­ридотитов. Иногда встречаются включения центрального типа — зерна карбонатизированного оливина или ксенолиты сланцев в оболочке мик-ролитовой структуры. Включения массивных безммкролитовых кимбер­литов размером 0,2—10 мм (до 15 см) по струкгуре и составу анало­гичны породам Умбинская-А и включениям в Умбинскую-Б. Ксенолиты вмещающих пород представлены сланцами размером 1—50 мм без ви­димых зон закала. Обычно они полностью или большей частью заме­щены сапонитом и, как следствие этого — в 1,5 раза обеднены SiOa и в 9 раз обогащены MgO (табл. 1). Связующая масса представлена тонкодисперсным агрегатом сапонита с небольшой примесью серпенти­на и карбоната. В центральной зоне тела на отдельных участках во­круг включений сохраняется тонкая вкрапленность магнетита, что дает основание рассматривать связующую массу породы как измененное стекло. Однако поровый характер и крустификационные структуры це-

мента в периферийной зоне тела указывают на его гидротермальное происхождение. Возможно, цемент в центральной и периферийной зоне тела Умбинская-П имеет разное происхождение.

Среди минералов-спутников (0,1—0,2%) наиболее распространен умереннохромистый кальциевый пироп красного, красно-фиолетового цвета размером 0,5—5 мм. Нередки зерна колотые и с частично или полностью сорванными келифитовыми оболочками. Реже встречаются хромшпинелиды, хромдиопсиды, пироп-альмандины, пикроильмениты» а также сростки первых трех минералов-спутников.

Глубинные включения встречаются редко. Это преимущественно Эклогиты, состоящие из оранжевого пироп-альмандина и омфацита, с переменным содержанием флогопита. Реже встречаются карбонат-фло-гопитовые породы — слюдиты, а также сапонитизированные и карбона-тйзированные перидотиты с хромшпинелидом, хромдиопсидом, пиропом, Отличающимся по составу от пиропов из цемента кимберлитовой брек­чии (рис. 3).

Тело Умбинская-П на всю изученную глубину (до 500 м) сложено Почти мономинеральным агрегатом сапонита. Нивелировка минерально­го состава самых разнообразных включений привела к выравниванию их химических составов (табл. 1).

В строении Умбинской трубки принимают участие породы двух фаций — субвулканической (массивные безмикролитовые кимберлиты Умбинская-А) и эксплозивной (кимберлитовые брекчии Умбинская-Б и Умбинская-П). Включения массивных микролитовых кимберлитов в ос­новном теле трубки являются, вероятно, продуктами дезинтеграции ги­потетического субинтрузивного тела Умбинская-1, аналогичного штоку массивных микролитовых кимберлитов тела Водораздельная-1.

Для трубок Умбинского кимберлитового поля характерен двухэтап­ный процесс формирования. На первом этапе внедрение ультраоснов­ной магмы и застывание ее без сообщения с поверхностью приводило к формированию тел субинтрузивной фации — массивных микролитовых кимберлитов (тело Водораздельная-1 и, вероятно, тела Средненская-1 и Умбинская-1). На втором этапе подток глубинного вещества, обогащен­ного летучими компонентами, приводил к взрывообразному прорыву пород, формированию трубообразного канала и выполнению его ким­берлитовой брекчией (тела Водораздельная-!!, Средненская-Н, Умбин­ская-П). '

Характерные признаки пород субинтрузивной фации:

—порфировая структура, четко выраженный идиоморфизм вкрап­ленников;

—микролитовай структура основной массы (почти полная ее рас-кристаллизация);

— активное термическое воздействие на ксенолиты и вмещающие породы;

—сравнительно свежий облик сохранение на отдельных участках свежего оливина.

Характерные признаки пород эксплозивной фации:

— брекчиевая, кристаллолитокластическая структура;

—микрозернистая, апостекловатая (?) связующая масса, на 'от­дельных участках, возможно, гидротермального происхождения;

— отсутствие термического воздействия на ксенолиты и вмещающие породы;

— интенсивно проявленный процесс автометасоматической сапонн-^изации, затронувший не только кимберлитовые брекчии, но и вмеща­ющие их породы. 11

Общий в своей основе процесс формирования трубок проявился в них несколько по-разному. Субинтрузивные фации трубок Умбинской-и Водораздельной различаются практически только более высоким со­держанием в первой минералов-спутников. Субинтрузивная фация труб­ки Средненской выделяется почти полным отсутствием интрателлури-ческих вкрапленников, слюдистым характером, интенсивной наложен­ной карбонатизацией .Кроме того, наличие в теле Умбинская-П вклю­чений микролитовых кимберлитов «центрального типа» и отсутствие таковых в телах Водораздельная-!! и Средненская-П говорит о том, что разрыв во времени между этапами формирования двух последних трубок был достаточным для полного застывания их субинтрузивных фаций, а в Умбинской трубке тело микролитовых кимберлитов не ус­пело полностью консолидироваться до начала эксплозивного этапа. Эксплозивные фации (собственно трубки взрыва) различаются только соотношением включений кимберлитов ранних фаз внедрения и ксено­литов вмещающих пород, а также степенью сапонитизации. Содержа­ние и набор минералов-спутников в субинтрузивной и эксплозивной фации одной трубки довольно постоянны. Химический состав от пород первого этапа к породам второго изменяется в сторону уменьшения содержания ТЮ2, Сг20з и увеличения отношения Si:Mg, что вызвано засорением кимберлитовых брекчий материалом вмещающих пород' (табл. 1, рис. 2).

Особенностью трубки Умбинской (помимо присутствия глубинных включений и высокого содержания минералов-спутников) является наличие тела брекчий бсзмикролитовых кимберлитов Умбинская-Б, а также пород субвулкапической фации (тела Умбинская-А), характери­зующихся:

— порфировой структурой, отсутствием вкрапленников с четко вы­раженным идиоморфизмом;

—безмикролитовой (апостекловатой) основной массой;

— массивной, иногда флюидальной текстурой;

—слабым термическим воздействием на ксенолиты вмещающих пород;

—очень высоким содержанием интрателлурических вкрапленников (в том числе минералов-спутников) и глубинных включений.

Приведенные обоснования сходства геологического строения, соста­ва и условий залегания кимберлитовых трубок Среднего Тимана поз­воляют говорить о единой эпохе их формирования. Временной интервал возможного их образования фиксирован двумя событиями: прерыва­нием трубками верхнепротерозойских пород и перекрыванием трубки Умбинская отложениями франского яруса верхнего девона. Некоторые особенности морфологии и условий залегания трубок—вытянутость длин-Аых осей в север-северо-западном направлении, склонение тел на юг-юго-запад—не характерны для проявлений магматизма (в том числе и ультраосновного) позднебайкальского цикла тектоно-магматической активизации района (для них характерны северо-восточные простира­ния) и, напротив, обычны для магматических тел раннегерцинского цикла активизации. Это дает некоторые основания для предположения' о раннегерцинском возрасте кимберлитовых трубок Среднего Тимана. Данные определений по калий-аргоновому методу (К—Аг) абсолютно­го возраста кимберлитов разных фаций не противоречат подобному предположению (табл. 2).

Сравнительно небольшой разброс абсолютного возраста кимберли­товых пород, хорошая сходимость и по валу, и по монофракциям фло­гопита из включений разной степени измененности трубки Среднен-

Таблица 2 Результаты определения абсолютного возраста кимберлитов

Примечание: анализы выполнены в лаборатории абсолютной геохронологии Геологического института Коми филиала АН СССР. Аналитик Естафьева А. Д.