ОСОБЕННОСТИ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ КИМБЕРЛИТОВ СЕВЕРО-ВОСТОКА АНГОЛЫ
Н.Н. Зинчук, Ю.Б. Стегницкий
Западно-Якутский научный центр АН PC (Я)
Аннотация
Введение: Приведены результаты комплексного изучения геологического строения и вещественного состава коры выветривания кимберлитов северо-востока Анголы. Важной задачей прикладного характера является оценка степени обогащения коры выветривания глубинными минералами для вопросов прогнозирования и поисков новых месторождений алмазов как коренного, так и рассыпного типов.
Методика: В качестве эталонного объекта выбрана кимберлитовая трубка Катока, характеризующаяся не только незначительным эрозионным срезом и сохранением кратерной постройки, а и широким петрографическим спектром пород и их интенсивным постмагматическим и гипергенным изменением. Для изучения геологического строения и вещественного состава кор выветривания слабо эродированных кимберлитовых трубок Анголы была собрана коллекция штуфных образцов и протолочных проб из верхних горизонтов трубки Катока и ряда других тел этого поля, а также вмещающих кимберлиты пород.
Результаты и обсуждение: В кимберлитовой трубке Катока выделяется два генетических типа пород: собственно кимберлиты с их производными и комплекс вулканогенно-осадочных образований, заполняющих верхние части кратера диатремы. В целом, профиль коры выветривания разделён на две части: нижнюю и верхнюю. Нижняя часть (зона дезинтеграции) представлена слабо изменёнными автолитовыми кимберлитовыми брекчиями, трещиноватыми и частично обохрёнными. Верхняя, наиболее гипергенно изменённая зона, в свою очередь, разделена на карбонатную и бескарбо- натную.
Заключение: Отмечено два процесса изменения кимберлитовых пород региона. Первый - поэтапное превращение оливина в высокотемпературный, затем и низкотемпературный серпентин. Второй - деградация серпентина с одновременным возникновением серии разбухающих минералов, начиная с сапонита через ряд промежуточно метастабильных смешанослойных образований, из которых впервые идентифицированная упорядоченная разновидность лизардит-сапонита является относительно наиболее устойчивой по сравнению с другими упорядоченными смешанослойными фазами триоктаэдрического типа, что подчёркивает специфические условия формирования коры выветривания кимберлитов африканского региона.
Ключевые слова: кора выветривания, кимберлиты, вулканогенно-осадочные образования, африканский континент.
Введение
кора выветривание кимберлиты алмазы ангола
На Африканской платформе (АП) открыто много кимберлитовых тел, распространённых на обширной территории, сгруппированных в отдельные субпровинции, районы и поля [1-5]. До настоящего времени здесь достоверно установлен один генетический тип мантийных алмазов - кимберлитовый. Их коренные месторождения разрабатываются в Южно-Африканской Республике, Ботсване, Танзании, Заире, Зимбабве и Анголе. В настоящее время в Анголе насчитывается около тысячи проявлений кимберлитов, при этом экономически значимые трубки приурочены к полю Катока. Оно расположено в бассейне р. Чикапа на крайнем юге провинции Лунда-Норте. На западе поле граничит с провинцией Маланже, на юге - с провинцией Мошико, а на северо-востоке замыкает границу страны. В геолого-структурном отношении описываемая территория приурочена к западному склону щита Касаи архейско-протерозойского возраста и примыкающей к нему мезозойско-кайнозойской впадине Конго. Кимберлитовые проявления в пределах поля группируются в зону меридиального направления длиной 18 км и шириной 12-14 км. Всего здесь известно более 150 кимберлитовых диатрем, оси большинства из которых ориентированы в северо-восточном и северо-западном направлениях. Среди известных кимберлитовых диатрем поля трубка Катока имеет размеры на поверхности 915х990 м, площадь 66 га. Она представляет уникальную в геологическом и вещественном плане диатрему (рис. 1), характеризующуюся незначительным эрозионным срезом с сохранившейся кратерной постройкой [6-9]. Вмещающие трубку породы представлены докембрийскими гнейсами и кристаллическими сланцами, перекрывающие - неогеновыми песками формации Калахари, палеоген- неогеновыми межформационными песками, слабо ли- тифицированными песчаниками и современными аллювиальными отложениями. Форма трубки в плане почти изометричная. Более 80% её площади было перекрыто свалами и наносами практически пустых пород, представленных продуктами разрушения вмещающих трубку гнейсов и осадками формации Калахари мощностью от первых до 120 м. Непосредственно на дневную поверхность кимберлиты выходят только в западной части трубки на площади около 115 тыс. м2 [10-12].
Рис. 1. Схематический план и разрез кимберлитовой трубки Катока: 1 - отложения группы Калахари: a - песчанистые, b - глинисто-песчанистые; 2 - алмазоносные аллювиально-делювиальные отложения; 3 - кратерные фации (аргиллиты и алевролиты); 4 - кимберлитовые брекчии; 5 - массивные интенсивно трещиноватые кимберлиты; 6 - порфировые кимберлиты; 7 - гнейсы.
[Fig. 1. Schematic diagram and section of a Catoca kimberlite pipe: 1 - sediments of the Kalahari group: a - sandy, b - clay-sandy; 2 - diamondiferous alluvial-deluvial deposits; 3 - crater facies (mudstones and siltstones); 4 - kimberlite breccias; 5 - massive intensely fractured kimberlites; 6 - porphyry kimberlites; 7 - gneisses.]
По данным геологоразведочных и добычных работ трубка Катока обладает сложным внутренним строением [13-16]. Её центральная часть площадью около 250 тыс. м2 сложена вулканогенно-осадочными образованиями (ВОО), слагающими чашеподобное тело в кратерной части, простирающееся до глубины 270 м от дневной поверхности (рис. 2). По периферии в виде кольцевой зоны шириной от 150 до 250 м располагаются кимберлитовые туфы и туфобрекчии, а в южной части карьером вскрыты порфировые кимберлиты (ПК), тело которых может представлять фрагмент кимберлитового силла [17-19]. С глубиной, по мере перехода от кратерной части трубки к диатремовой, углы падения бортов рудного тела существенно выполажи- ваются (от 80 до 40 градусов). Начиная с глубины 250270 м от поверхности под породами кратерной части(центральная часть) вскрываются кимберлитовые породы жерловой фации - кимберлитовые брекчии (КБ) и автолитовые кимберлитовые брекчии (АКБ). Значительная часть трубки Катока была перекрыта мощным чехлом рыхлых неогеновых и неоген-палеогеновых песчаных отложений, а в долине руч. Катока - современными аллювиальными отложениями небольшой мощности. Непосредственно на вмещающих породах и кимберлитах залегают межформационные пески, а в низах разреза - слабо литифицированные песчаники. Нижняя часть такого разреза содержит рассеянную примесь кимберлитового материала в виде индикаторных минералов кимберлитов (ИМК). Мощность отложений резко увеличивается по мере приближения от периферии к центру трубки. На межформационных песках залегают мелко- и тонкозернистые пески формации Калахари. В основании слоя содержится 1-2метровый маркирующий горизонт гравелитов кремнистых пород с суглинисто-супесчаным заполнителем, являющийся базальным для отложений данной формации. Мощность песков Калахари в контуре трубки и на её склонах существенно не меняется и не превышает 20 м. Во вскрытом карьером и скважинами разрезе уверенно выделяются гетерогенные группы пород двух фаций кимберлитового вулканизма [20-22]: жерловой и кратерной, а также кимберлиты предположительно гипабиссальной (субвулканической) фации.
Рис. 2. Геологическое строение кимберлитовой трубки Катока: 1 - перекрывающие пекчано-глиниктые отложения группы Калахари; 2-9 - Породы кратерной фации: 2-5 - эпикластические отложения кратерной фации: 2 - песчаники; 3 - алевролиты, песчаники, конгломераты с примесью кимберлитового материала; 4 - переслаивание туфопесчаников, туфоалевролитов, туфогравеллитов с псефитовыми кимберлитовыми туфами; 5-6 - оползни пирокластических пород на поверхность вулканогенно-осадочных пород; 7-9 - вулканокластические породы: 7 - кимберлитовые брекчии; 8 - туфы, ксенотуфы; 9 - кимберлитовые туфобрекчии, туфопесчаники, песчаники; 10 - ксенолитовый горизонт основания кратерной фации: туфопесчаники, туфоалевролиты, туфоаргиллиты, брекчии гнейсов с кимберлитовым цементом, глыбы гнейсов; 11 - породы диатремовой фации (автолитовые кимберлитовые брекчии; туф- физитовые кимберлиты, порфировые кимберлиты); 12 - кимберлитовмещающие архейские гнейсы.
[Fig. 2. Geological structure of the Catoca kimberlite pipe: 1 - overlapping sandy-clay sediments of the Kalahari group; 2-9 - Cities of the crater facies: 2-5 - epiclastic deposits of the crater facies: 2 - sandstones; 3 - siltstones, sandstones, conglomerates mixed with kimberlite material; 4 - intercalation of tuff sandstones, tuff aleurolites, tuffogravellites with psephitic kimberlite tuffs; 5-6 -- landslides of pyroclastic rocks on the surface of volcanic-sedimentary rocks; 7-9 - volcaniclastic rocks: 7 - kimberlite breccias; 8 - tuffs, xenotuffs; 9 - kimberlite tuff breccias, tuff sandstones, sandstones; 10 - xenolithic horizon of the base of the crater facies: tuff sandstones, tuff aleurolites, tuff argillites, breccias of gneisses with kimberlite cement, blocks of gneiss; 11 - rocks of the diatreme facies (autolithic kimberlite breccias; tuffizite kimberlites, porphyry kimberlites); 12 - kimberlite-bearing Archean gneisses.]
Результаты исследований и обсуждение
Кимберлиты на африканском континенте изучались многими исследователями (в том числе и российскими специалистами), причём нередко анализировались и коры выветривания (КВ). Несмотря на, в целом, неплохую изученность отдельных объектов, многие вопросы остаются актуальными и в настоящее время, так как для каждой диатремы свойственна характерная только для неё геологическая обстановка возникновения, становления и формирования как исходных, так и конечных продуктов выветривания стабильных в данных физико-химических условиях. Одной из важных задач прикладного характера в этих исследованиях является оценка степени обогащения КВ глубинными минералами для вопросов прогнозирования и поисков новых месторождений алмазов как коренного, так и рассыпного типов. Процесс выветривания и возникновения новых твердых фаз, как известно [3, 14, 23, 24], обусловливается климатом, минеральным составом исходных пород и гидродинамическими условиями среды. Последние определяются, с одной стороны, климатом, с другой - рельефом и водопроницаемостью пород.
Для изучения геологического строения и вещественного состава КВ слабо эродированных кимберлитовых трубок Анголы была собрана коллекция штуфных образцов и протолочных проб из верхних горизонтов трубки Катока и ряда других тел этого поля, а также вмещающих кимберлиты пород. Кимберлитовая трубка Катока выбрана в качестве эталонной для комплексного исследования в виду максимальной доступности ее изучения. Кроме этого она представляет собой уникальное во многих отношениях геологическое тело, как в качестве месторождения, так своеобразного по вещественному составу объекта. Он характеризуется широким петрографическим спектром пород и их интенсивной измененностью вторичными и корообразовательными процессами с почти полным разрушением реликтовых минералов и затушеванностью первичных текстурно-структурных признаков. И еще один признак из ряда уникальных - относительно хорошая сохранность одного из глубинных ИМК - хромдиоп- сида, обычно подвергающегося вторичным преобразованиям одним из первых (вслед за оливином).
В кимберлитовой трубке Катока выделяются два генетических типа пород: собственно кимберлиты с их производными и комплекс вулканогенно-осадочных образований (рис. 2). Все породы верхних горизонтов трубки претерпели вторичные изменения, в том числе и выветривание, которое интенсивно проходило благодаря возникновению вокруг нее серии трещин, а также образования в центральной ее части кратера (маара), в который сносился и материал дезинтегрированных вмещающих гранитогнейсовых пород.
Геологическое строение и особенности выветривания кимберлитов рассмотрены одновременно с аналогичными параметрами вмещающих пород. Это гнейсы полевошпат-пироксенового состава с прожилками и прослойками кварцитов и кварц-биотитовых сланцев различной степени выветрелости (от глинистых до монолитных прочных разностей). Общий контакт с кимберлитами резкий, с крутыми (до субвертикальных) стенками. Отметка поверхности гнейсов совпадает с отметками поверхности кимберлитов трубки и переход от одной поверхности к другой проходит без резких уступов. Гнейсы темно-серого цвета, полосчатые, массивные, различной степени трещиноватости, преимущественно прочные. Кровля гнейсов скального массива на западной оконечности трубки Катока в районе ручья находится на отметках 900 м, вдоль южного и северного контактов она поднимается до 940-960 м, в восточной оконечности диатремы - до 960-970 м. На всем протяжении выхода кимберлитов на них происходит оползание вмещающих их выветрелых гнейсов.
Гнейсы и кимберлиты перекрыты довольно мощным чехлом рыхлых неогеновых и неоген-палеогено- вых, преимущественно песчанистых, отложений группы Калахари, а в долине ручья - современными аллювиальными и техногенными отложениями небольшой мощности. Мощность песчаного чехла за пределами трубки составляет 20-45 м. В контуре трубки, на ее склонах мощность песков верхнего слоя существенно меняется и не превышает 20 м, зато межформационных песков (нижний слой) резко увеличивается по мере приближения от периферии к центру диатремы. Суммарная мощность их в центре достигает 130-140 м. Нижняя часть разреза межформационных песков содержит рассеянную примесь пикроильменитов, пиропов и убогое количество алмазов.
С целью определения глинистых минеральных фаз выветрелых гнейсов, посредством рентгенографического анализа изучались образцы из вмещающих пород в уступах карьера трубки Катока (рис. 3). Выветре- лые гнейсы характеризуются различной цветовой гаммой и содержат монтмориллонит, сапонит, каолинит- монтморилонитовые смешанослойные образования (КМСО), кварц и гематит. Рентгеноаморфная фаза по данным термического анализа представлена каолинитом и смектитами. При этом зеленовато-желтые и коричнево-желтые разности содержат больше монтмориллонита (10-25%) по сравнению с темно коричневобурыми выветрелыми гранитогнейсами, где преобладает КМСО - до 80% .