КВ кимберлитовмещающих гнейсов имеет определенную зональность. Верхняя ее часть (10-25 м) представлена плотными, твердыми и тугопластичными суглинками, жирными на ощупь из-за обилия сапонити- зированных прожилков кварцитов белого и голубого оттенков. Отчетливо наблюдается унаследованная текстура полосчатых перемятых крутопадающих гнейсов с обилием зеркал скольжения, покрытых жирным на ощупь, влажным глинистым налетом. Нижняя (10-15 м) часть глинисто-дресвянистого состава серовато-зеленого и зеленовато-серого цвета. Она водонасыщена, содержит много рыхлого кварцита диаметром 2-3, реже 5-6 мм. Порода, за исключением некоторых фрагментов, легко разрушается. Кварц-биотитовые сланцы выветрелые до супесей или тонкоплитчатого рухляка. С глубины 30-40 м преобладают выветрелые дресвяные, дресвяно-щебнистые породы с беспорядочной сетью трещин. Переходная зона к материнским слабо выветрелым разностям составляет обычно 3-5 м (зона начальной дезинтеграции).
В пределах развития КВ гнейсов в уступах карьера отмечается растрескивание стенок откосов с образованием промоин по трещинам. Сдвиги в гнейсах направлены в сторону карьера, с вовлечением в сдвиговые блоки прилегающей части кимберлитов, переувлажненной фильтрующимися с верхних горизонтов грунтовыми водами. Поток грунтовых вод, разгружаясь в сторону карьера, доходит до водоупорного кимберлита и вынужден перемещаться по контакту с гнейсами вниз по уступу, просачиваясь на поверхность. Выветривание продуктов дезинтеграции гнейсов, попавших в кратер трубки, продолжалось здесь совместно с пирокластическим кимберлитовым материалом, в определенной вновь образованной физико-химической системе. Таковы, в целом, основные положения, являющиеся основанием изучения процессов, проходивших в кратере в прошлом и равновесных в современных условиях.
a b
Рис. 3. Выветрелые кимберлитовмещающие гнейкы в юго-западной части карьера трубки Катока на горизонтах +970 (а) и +960 (b) м.
[Fig. 3. Weathered kimberlite-bearing gneisses in the southwestern part of the Catoca pipe quarry at +970 (a) and +960 (b) m.]
Характерной особенностью выветривания вмещающих образований и верхней диатремовой части кимберлитовых трубок, выполняющих кратерную постройку пород, является наличие в качестве главного породообразующего слоистого силиката сапонита - магнезиального филлосиликата и реликтовых алюмосиликатов, представленных полевыми шпатами. Подобная ассоциация встречается повсеместно в ксенотуфах и в вулканогенно-осадочных породах, содержащих кальцит и доломит (рис. 4) и в различной степени пропитанных гематитом. Красный цвет и содержание многих белых включений внешне придают породе сходство с латеритом, от которого она отличается минеральным составом. Практически все находящиеся в данных породах минералы являются неравновесными в процессе латеритизации. Известно, что латерит (по крайней мере, верхняя его часть) не должна содержать карбонатов, смектитов и полевых шпатов. Для нее не характерен и кварц, поскольку он если не полностью растворяется, то в значительной мере редуцирован. Латерит образуется в условиях выветривания [3, 23], когда вместе с основаниями выносится из силикатов почти весь кремнезем. Лейсократовые силикаты и все другие алюмосодержащие минералы замещаются гидроксидами алюминия, даже в КВ кварцсодержащих пород (гранитах, гнейсах). Латеритное выветривание возможно при определённых климатических и гидродинамических условиях. Прежде всего, это жаркий климат, низкое нахождение зеркала трещинных вод, трещиноватость пород, обусловливающая их дренаж, и интенсивные осадки. Выпадающие дожди обычно слабокислые и соприкосновение их с силикатами вызывает гидролиз последних, который сводится к удалению оснований и замещению их водородом. Вместе с основаниями выносится соответственное количество кремнезема и удаляются все растворимые соли. В результате на месте исходных минералов остаются гидроокислы алюминия, титана и успевшее окислиться железо в виде окислов и гидроосислов. Происходит и удаление кремнезема из ранее образовавшихся каолинитов. В условиях обводненности пород свободные гидроокислы алюминия не образуются, а возникают вторичные силикаты (сиаллитное выветривание). При хорошем дренаже ниже зеркала грунтовых вод (т.е. в обводненной части), возникают каолиниты, при плохом - гидрослюды и гидрохлориты, сместиты. Из сказанного следует, что нижние обводненные зоны содержат каолинит и смектиты. Что касается карбонатов, то они могут в верхней части появиться только в результате изменения (даже сезонного) климата. В подобных условиях вместе с повышением щелочности грунтовых вод увеличивается и количество кремнекислоты, и возникают силикаты. Но это уже наложенный процесс, при котором поровые растворы подтягивают с дневной поверхности вместе с основаниями и кремнекислоту и на поверхности может возникнуть сместит.
Породы, выполняющие кратер диатремы, в значительной степени представлены продуктами выветривания гнейсов, включающими кварц, полевые шпаты и слюды. Отсутствует или находится в незначительном количестве каолинит. Это свидетельствует о том, что выветривание вмещающих пород происходило в условиях горного типа пенеплена, когда дезинтеграция пород (физическое выветривание) значительно опережало их химическое разложение. Образование кратера глубиной более 200 м привело к возникновению местного горного рельефа. На выходах вмещающих пород возникла дресва, которая селевыми потоками сносилась в кратерную полость. Все это происходило при плохом дренаже трещинных вод, обильных осадках и сезонных изменениях климата. Часть песчаников могла попасть в кратер в уже готовом виде.
Рис. 4. Неизменённые кимберлиты нижних частей разреза трубки Катока.
[Fig. 4. The unchanged kimberlites of the lower parts of the Catoca pipe section.]
В отличие от базитов каолинизация кислых пород происходит во много раз медленнее [23, 25]. Причиной тому большая устойчивость кислых плагиоклазов и калишпатов, а также наличие кварца. Это приводит к образованию мощной зоны дресвы. Возможны также преобразования гидроксидов алюминия и каолинитов в самом кратере, где установилась щелочная среда (наличие карбонатов). Поскольку сапонит встречен и в КВ гнейсов, то возникает вопрос об обогащении системы магнием. В гнейсах до 30% биотита и при выветривании железо обособляется в виде оксидов или гидрооксидов, а магний входит в новообразованные минералы.
Главные исходные породообразующие минералы, которыми сложены выполняющие кратерную постройку породы, можно разделить на кимберлитовые и ксеногенные. К первым относятся хромдиопсид и флогопит. Наличие кальцита предполагается по определению для некоторых образцов по реакции с НС1. Оливин здесь отсутствует. Из других ИМК обнаружены пиропы, пикроильмениты и шпинелиды. Терригенный материал из вмещающих пород представлен кварцем, плагиоклазом, пироксеном, калишпатом и биотитом. Присутствуют также амфиболы (роговая обманка и тремолит). Последний вместе с серпентином относится к автометаморфическим образованиям, а роговая обманка к чуждым кимберлитам породам. Все идентифицированные минералы в термальных условиях или в процессе химического выветривания подвергаются гидролизу. Сильные основания выщелачиваются, а их место занимает водород. Слоистые силикаты в большинстве случаев трансформируются в другие соединения со слоистой структурой. Остальные разрушаются полностью и с реликтов исходной структуры (кремнекислородных тетраэдров) формируются новые силикаты.
В целом же породы кимберлитовой трубки (рис. 5) сложены минералами: а) сугубо кимберлитовыми и их производными (пироксеном, флогопитом, серпентином, кальцитом, акцессориями); б) вмещающих гнейсов(кварц,полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды); в) выветрелых и инфильтрационных образований (каолинитом, смектитом, кальцитом, доломитом, окислами и гидроокислами железа).
Рис. 5. Выветрелые кимберлиты верхних частей разреза трубки Катока. [Fig. 5. Weathered kimberlites of the upper parts of the Catoca pipe section.]
Некоторые минералы содержатся как во вмещающих породах, так и в кимберлитах. Гнейсы кристаллического фундамента кроме пироксенов, амфиболов, слюд нередко содержат еще гранат и ильменит. В сланцах присутствует биотит. Все перечисленные минералы могут находиться в заметном количестве, а иногда их достаточно много. Поэтому по наличию любого из них нельзя без микрозондового анализа определить состав исходной породы, из которой этот минерал попал в кимберлитовую трубку. Известно, что гидробиотит возникает, прежде всего, за счет изменения биотита, а вермикулит развивается по флогопиту. Наличие обоих минералов в измененных кимберлитовых породах свидетельствует о различных источниках их происхождения.
Ввиду общности фемических минералов для кимберлитов и вмещающих пород кристаллического фундамента репером может являться распределение более устойчивых по отношению к вторичным изменениям соединений - кварца, калиевого полевого шпата, кислых плагиоклазов, реликты которых встречаются повсеместно. Выполняющие кратерную постройку породы представляют собой смесь генетически несвязанных между собой минералов, которые после попадания на дневную поверхность выветривались, а продукты разрушения сносились в образовавшийся маар, заполнявшийся постепенно материалом КВ. Отмечаются не- выветрелые минералы среди вулканогенно-осадочных образований трубки. Они также присутствуют в контаминированных кимберлитовых брекчиях, что свидетельствует о наличии дресвянистой КВ гнейсов, вещество которой было захвачено при взрывном извержении. Сложными для интерпретации являются преобразования смеси пород, накопившихся в кратерной полости. Прежде всего, важны преобразования in situ (без привноса растворами компонентов со стороны), т.е. обычное изменение с образованием остаточной КВ, снабжавшей образовавшийся кратер материалом. Выветриванию предшествовали гидротермальные процессы, которые привели к серпентинизации оливина и частичному изменению пироксенов и слюд.
Есть основание предполагать, что климат до внедрения кимберлитовой магмы был близким к настоящему жаркому с контрастным посезонным изменением влажных и засушливых периодов. Об этом свидетельствует состав обвалившихся в кратер пород. Рельеф данной территории возвышенный, довольно расчлененный. В процессе выветривания создаются определенные физико-химические условия на каждом конкретном участке, которые контролируются вышеупомянутыми факторами. Среди них часто может меняться только климат. Последний определяет состав вторичных продуктов, которые могут существовать только в данной конкретной обстановке. Будучи временно конечными, они преобразуются в другие, стабильные в иных условиях.
В верхней приповерхностной части кимберлитовой трубки происходит некоторое передвижение по вертикали зоны, обогащенной карбонатом кальция. Рентгенометрическим анализом из карбонатов установлено два минерала - кальцит и доломит (рис. 6). Можно предположить присутствие в описываемых образованиях арагонита, характерного для парагенетической ассоциации с доломитом вообще, и для апокимберлитов в частности.
По данным распределения минералов в верхней части кимберлитовой трубки наблюдаются определенные особенности: верхняя часть кимберлитового тела обогащена кварцем, полевыми шпатами, большим количеством сапонита. В нижней части преобладает серпентин, содержание которого находится в обратной зависимости от количества смектита. В верхней части диатремы на глубине примерно 300 м от поверхности в кимберлите встречена ассоциация слоистых минералов, отличающаяся от перекрывающих и подстилающих пород. Комплексное исследования тонкодисперсных выделений из этих пород позволили идентифицировать [26, 26] в смеси сапонит в ассоциации с лизардитом структурного типа А, ассоциирующим с небольшой примесью модификации 1Т. При этом модификации А свойственна полубеспорядочная, а для 1Т - более высокая степень совершенства структуры. В отдельных участках описываемых пород в процессе постмагматических и гипергенных преобразований образуется впервые идентифицированное нами [28-30] упорядоченное лизардит-сапонитовое смешанослойное образование (ЛССО). Исходя из высот сапонитового (~15 А) и лизардитового (7,30 А) слоёв, для идентифицированного смешанослойного образования установлена высота его кристаллической решётки (диагностического первого базального рефлекса) примерно в 22 А. Установлена кристаллохимическая модель идентифицированного лизардит-сапонита, где по нормали к слоям упорядоченно чередуются 1:1 слои лизардита и 2:1 сапонита, разделённые межслоевыми промежутками разного типа. Обменные катионы (в основном Са) и молекулы Н2О в открытых межслоевых промежутках структуры минерала располагаются между двумя смежными тетраэдрическими сетками 1:1 и 2:1 слоёв. В межслоевом промежутке, образованном другой тетраэдрической сеткой 2:1 слоя и октаэдрической 1:1 слоя, действуют водородные связи между атомами Н внешних гидроксилов октаэдрической Обаз тетраэдрических сеток. Слои 2:1 полярны, их тетраэдрические сетки, примыкающие к октаэдрической и тетраэдрической сеткам 1:1 слоя, различаются по катионному составу - Si и Si, Al соответственно.
В нижней части описываемого разреза породы содержат преимущественно лизардит, образующийся за счёт преобразования оливина. В большей части этой толщи лизардит ассоциирует с сапонитом, являющимся продуктов последовательного изменения серпентина в условиях повышения кислотности среды, связанной с взаимодействием кимберлитового материала с вмещающими диатрему кислыми породами. В КБ отмечена ассоциация лизардита с упорядоченным ЛССО. В отличие от этого, в отложениях вулканогенно-осадочной толщи серпентин практически полностью исчезает и в дисперсной части присутствует сапонит с переменной примесью слюды. Такое распределения слоистых минералов позволяет утверждать, что исходным минералом указанной последовательности на постоливиновой стадии изменения кимберлитов диатремы является серпентин.
Сапонит и смектит возникли, по всей вероятности, вследствие силификации серпентина. Разница заключается в том, что на образование первого из них был израсходован весь (или почти весь) серпентин, поскольку среда была богата SiO2 и AI2O3 (полевые шпаты и кварц), а смектит возник за счет самого серпентина, а также пироксенов и амфиболов, содержащих по сравнению с оливином и серпентином повышенное количество кремнезема. Значительную часть магнезии при этом отнял у системы в процессе своей кристаллизации и доломит. Смектит, по всей вероятности, представлен тоже магнезиальной разностью, которая по составу более всего отвечает стивенситу, у которого, в отличие от сапонита, отсутствует замещение в кремнекислородной сетке кремния алюминием, а некоторая нехватка октаэдрических катионов не может обеспечить только незначительный заряд слоя в целом и компенсация происходит за счет поглощенного кальция. Таким путем возникают смешанослойные образования, которые могут образоваться как за счет существующего серпентина, так и в процессе изменения клинопироксена, когда за его счет возникает смектит (вернее, смектитоподобные слюды: очевидно близкие к сти- венситу) и серпентин.
Интерпретируя имеющиеся результаты исследования по керну опорных скважин, можно выделить зоны профиля КВ кимберлитовых пород. Из построенных по результатам рентгенографических исследований диаграмм следует (рис. 6), что наиболее разнообразной в минеральном отношении является вулканогенно-осадочная толща. Большинство минералов вулканогенно-осадочных пород в нижней части разреза не встречаются. К таковым относится кварц, полевые шпаты, вермикулит, амфибол, каолинит и гематит. Часть из этих и других минералов несомненно привнесены (в частности, полевые шпаты), часть возникла в процессе становления самой породы или дальнейшего ее изменения, включая выветривание. К несомненно привнесенным относятся полевые шпаты, кварц, значительная часть слюд, амфиболы. На месте образовался, по всей вероятности, гематит, и, возможно, каолинит и смектиты, а также карбонаты. Последние в тропиках, как известно, в зависимости от интенсивности осадков, могут перемещаться на определенное расстояние вниз или вверх. Серпентин в этих образованиях не установлен.