Российские ученые выяснили, как хром поможет найти алмазы
Российские ученые установили, что высокое содержание хрома в рутиле (минерале-спутнике алмаза) позволяет рассматривать рутил как новый высокоэффективный минерал при поиске алмазных месторождений. Результаты исследования опубликованы в журнале Lithos. Исследования поддержаны Российским научным фондом.
Исследования направлены на решение фундаментальной проблемы определения индикаторов глубинных процессов в мантии Земли, с которыми может быть связано образование алмазов. Характеристики состава и строения литосферной мантии интересны ученым и сами по себе, и в связи с проблемами происхождения алмаза и образования его коренных месторождений. Алмаз – глубинный минерал, а кимберлитовые расплавы (формирующие магматические тела в форме трубок) являются лишь транспортом для доставки особо ценного сырья на поверхность земли. Каждая кимберлитовая трубка имеет свое название и является потенциальным месторождением алмазов. Алмаз попадает в кимберлит при дроблении обломков глубинных пород мантии Земли (ксенолитов) под воздействием высоких давлений во время их выноса с мантийных глубин кимберлитовым расплавом на поверхность.
Алмазоносность кимберлитовой трубки напрямую зависит от глубины ее формирования: чем глубже находится литосферная мантия, в которой формируются кимберлитовые расплавы, тем выше вероятность встретить алмаз в мантийных ксенолитах. Состав ксенолитов отражает особенности мантии, такие как физико-химические условия, минеральный и химический состав, гетерогенность, присутствие летучих компонентов, метасоматические преобразования и многое другое. Рутил, минерал с формулой ТiO2 (хром является примесью и в химической формуле рутила не отражается), изучался в образцах из разных кимберлитовых трубок. Среди них были высокоалмазоносная (девять карат на тонну) трубка Интернациональная, высокоалмазоносная трубка Мир (три с половиной карата на тонну) и неалмазоносная трубка Майская. Мелкие зерна рутила находились во включениях в более крупных зернах алмаза и граната (другого минерала-спутника алмаза).
Осадочные отложения, формирующиеся при размыве кимберлитов. Видны кристаллы граната и алмаза.
© А.А. Гибшер
В результате проведенных исследований было установлено, что в рутиле из глубинной литосферной мантии содержится больше Cr (хрома), чем в рутиле менее глубинного происхождения (из земной коры). Высокие содержания хрома (Cr2O3 > 1.7 %) характерны только для рутила из глубинных участков мантии, в условиях которых как раз образуется алмаз. Рассчитанная температура образования рутила (по содержанию Ni в гранате, в котором находится рутил) составляет 725-1030 С. Этот диапазон температур соответствует глубинам литосферной мантии (100-164 км).
В рамках работы группа академика Н.В. Соболева провела исследование алмаза из трубки Мир с уникальным набором включений, состоящим из пяти различных минералов: оливина, ортопироксена, рутила, клинопироксена и граната, в том числе с уникальным полиминеральным срастанием: оливина, ортопироксена и рутила. Эта находка подтверждает выводы о совместном образовании рутила и алмаза на глубинах литосферной мантии и свидетельствует о существовании таких глубинных пород, из которых все пять минералов попали в виде включений в один алмаз. Это подтверждает возможность использования хромистого рутила в качестве индикаторного минерала при поиске глубинных алмазоносных трубок.
Зерна рутила для исследований обычно отбираются либо из самих кимберлитов, либо при опробовании осадочных отложений, в которые рутил попадает при разрушении коренных месторождений алмазов. По данным многолетних геохронологических исследований Сибирских кимберлитов установлено четыре этапа их формирования. Интересно, что большинство алмазоносных трубок имеет возраст около 360 млн лет (девонский период). По включениям рутила в гранате из высокоалмазоносной трубки Интернациональная с помощью U-Pb метода изотопного датирования был определен возраст 369±10 млн лет, и он согласуется с этой цифрой. Таким образом оказалось, что с помощью хромистого рутила возможно установление возраста кимберлита.
«Характерная примесь Cr в глубинном мантийном рутиле, возможность его использования для установления возраста внедрения кимберлитов, и устойчивость рутила в приповерхностных условиях, являются исключительно важными характеристиками при поиске алмазных месторождений, особенно в регионах с интенсивным выветриванием, где остальные индикаторные минералы кимберлитов могут быть полностью разрушенными. Полученные результаты, при поддержке РНФ, в настоящее время применяются при исследовании рутила из кимберлитов Якутии, Архангельска, Африки и Южной Америки», — говорит один из авторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории минералов высоких давлений и алмазных месторождений Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Владимир Мальковец.
Результаты исследования в настоящее время предложены для внедрения в практику геологоразведочных работ, направленных на поиски алмазов.