Алмазные месторождения и методы их поисков
В последние два десятилетия кимберлиты привлекли к себе повышенное внимание ученых-геологов всего мира. И дело тут не только в том, что эта порода является единственным источником алмазов. Кимберлит представляет исключительный интерес и сам по себе как редкостная горная порода.
Вспомним, что средний радиус земного шара составляет 6370 км. Тысячи километров! В то же время проходка скважины глубиной даже 4–5 км является весьма трудным и дорогостоящим делом. Рекордсмен в этом отношении — известная Кольская сверхглубокая скважина (собственно, это не привычная буровая вышка, а целый завод), проектная глубина которой составляет 15 км. Таким образом, непосредственному изучению доступна лишь тончайшая «пленка» на поверхности Земли. Но уже установлено наукой, что процессы, вызывающие землетрясения, извержения вулканов, воздымание и опускание громадных территорий, формирование различных пород и месторождений полезных ископаемых, т. е. процессы, формирующие лик нашей Земли как геологического тела, зарождаются на глубинах в сотни километров, в пределах так называемой мантии Земли.
Увидеть непосредственно то, что происходит в мантии, мы не можем. Остается уповать на косвенные методы, на поиск и изучение пород, формирование которых непосредственно связано с глубинными, мантийными, процессами. Ученые установили, что светлые, богатые кварцем граниты (точнее, силикатные расплавы — магмы, при остывании которых вблизи поверхности земли возникали граниты) образовывались на глубинах в первые десятки километров. Еще более глубинными являются плотные темные базальты. Ну, а самая-самая глубинная порода — это кимберлит; его источник расположен ниже отметки 150 км. Кроме того, поднимаясь к поверхности, кимберлитовая магма захватывает по дороге и образцы мантийных пород (так называемые ксенолиты), которые мы потом находим в кимберлитовых трубках. Таким образом, кимберлит является практически уникальным источником информации о наиболее глубинных (а потому и наиболее важных) процессах, протекающих в недрах нашей планеты.
Кимберлитам посвящены тысячи статей и книг, регулярно собираются по их поводу международные научные конференции. Однако до сих пор мы не можем сказать, что знаем все о том, как же образовывались кимберлиты и находящиеся в них алмазы. Некоторые ключевые закономерности все же установлены достаточно твердо (на научном языке это означает, что данные положения разделяются подавляющим большинством исследователей и позволяют делать надежные прогнозы).
С геологической точки зрения вся территория континентов земного шара подразделяется на платформенные и складчатые области. Складчатые области — это горные сооружения, где широко проявлены землетрясения, магматизм, горообразовательные процессы, словом, это области, где геологическая жизнь протекает наиболее бурно. Платформы, наоборот, представляют собой равнинные территории, живущие в геологическом плане намного спокойнее. Для них характерно как бы двухэтажное строение. Нижний этаж называется кристаллическим фундаментом и сложен массивными кристаллическими породами. Верхний этаж мощностью до нескольких километров — это осадочный чехол, он сложен горизонтально залегающими песчаниками, алевролитами, глинами, известняками. Магматические проявления здесь немногочисленны и связаны с крупными трещинами — разломами, проникающими до глубин верхней мантии.
Кимберлиты приурочены только к районам платформ. Большинство ученых сходится на том, что алмазоносная, чрезвычайно богатая летучими компонентами (водой и углекислотой) кимберлитовая магма зарождается в мантии под платформами на глубине свыше 150 км и затем поднимается к поверхности, используя более проницаемые зоны глубинных разломов в качестве каналов. По мере подъема проницаемость земной коры уменьшается, и на глубине около 2 км, вблизи границы кристаллического фундамента и осадочного чехла, магма останавливается, будучи не в силах пробить «крышку» из плотных массивных пород. Но снизу продолжается подток магматического материала и газов. Давление в герметически замкнутой камере постепенно нарастает, и в конце концов происходит то же, что и с паровым котлом, когда давление пара превышает допустимые пределы, — он взрывается. Могучая газовая струя мгновенно пробивает массивную «крышку», просверливая в ней вертикальную трубообразную полость. Затем полость заполняется поднимающейся магмой. Магма застывает, и возникает то, что мы называем кимберлитовой трубкой, или диатремой. Кимберлиты же, заполнившие сначала вертикальные трещины, по которым они поднимались, а затем и некоторые горизонтальные трещины, образуют протяженные плитообразные тела, которые называются соответственно дайками и силлами (рис. 10).
Рис. 10. Схематичная объемная модель кимберлитовой трубки: 1 — кимберлитовые брекчии, 2 — массивные кимберлиты.
В момент взрыва выброшенные из трубки куски пород образуют вокруг нее кольцевой насыпной вал. Понижение в рельефе постепенно заполняется водой — формируется кратерное озеро, в котором накапливаются тонкослоистые озерные отложения, перекрывающие кимберлиты. Вертикальный разрез такой идеализированной кимберлитовой трубки приведен на рис. 11.
Рис. 11. Обобщенный разрез алмазоносной кимберлитовой трубки Южной Африки: 1 — отложения кольцевого вала; 2 — осадки кратерного озера; 3 — обломки различных осадочных и магматических пород, прорываемых трубкой; 4 — различные типы кимберлитов, слагающих трубку. Справа указаны уровни эрозионного среза для некоторых кимберлитовых трубок Южной Африки.
Обнаружение целиком сохранившейся кимберлитовой трубки — большая редкость. Трубки под влиянием таких действующих на поверхности природных агентов, как перепад температур, ветер, вода, подвергаются эрозии, т. е. попросту разрушаются. Их верхние части как бы срезаются, уничтожаются. Величина уничтоженной части трубки (размер эрозионного среза) варьирует в очень широких пределах. Понятно, что чем она больше, тем меньший интерес представляет трубка в качестве коренного месторождения алмазов. Однако при этом возрастает количество алмазов, высвобождаемых из разрушаемых кимберлитов, и увеличивается вероятность образования алмазных россыпей в окрестностях трубки.
Трубки сложены кимберлитом — тонко зернистой породой, окрашенной в самые разнообразные цвета. На сравнительно однородном фоне четко выделяются блестящие крупные (до 1 см и больше) включения так называемых минералов — спутников алмаза: смоляно-черного ильменита, кроваво-красного пиропа, реже светло-зеленого оливина и изумрудно-зеленого хромдиопсида. Часто кимберлиты содержат множество обломков вмещающих пород и в таком случае называются кимберлитовыми брекчиями. В кимберлитах находятся и алмазы. Однако даже в самых богатых кимберлитовых трубках Южной Африки содержание алмазов не превышает 1 карата на 1 т породы. А это означает, что алмазы составляют менее 0,0001 % объема породы. В геологии минералы, входящие в состав породы в количестве менее 1 %, называются акцессорными, т. е. примесными. С этой точки зрения алмаз можно смело называть ультраакцессорием!
Кимберлиты, как уже говорилось, размываются реками, ручьями, временными водотоками, разрушаются ветрами, дождями, при резких перепадах температур, а в былые времена и ледниками. В результате алмазы высвобождаются из кимберлитов, попадают в глинистые, песчаные и валунно-галечные отложения и, скапливаясь где-то, образуют месторождения, которые называются россыпными. В зависимости от того, на какое расстояние и каким образом алмазы переместились из кимберлитов в россыпи, последние разделяют на элювиальные, пролювиальные, аллювиальные, делювиальные, прибрежно-морские, дельтовые, эоловые.
Те алмазы, которые остались непосредственно на поверхности кимберлитовых тел, образуют россыпи, которые называются элювиальными. Алмазы, находящиеся в нижележащих кимберлитах, включены в породу, и их трудно оттуда отобрать, в элювиальной же россыпи они находятся в свободном состоянии и извлекаются без больших усилий. Обычно мощность элювиальной россыпи на кимберлитах составляет несколько метров, хотя есть случаи, когда кимберлиты находятся на плоских равнинах и россыпи достигают мощности 10 м и более.
Элювиальные россыпи характеризуются своеобразным строением и разным содержанием алмазов в определенных горизонтах. Чаще всего верхняя часть разреза представлена глиной желтого цвета, так называемой «желтой землей». В ней сосредоточено наибольшее количество алмазов. Средняя часть россыпи представлена «синей землей», т. е. горизонтом синих глин с редкой щебенкой кимберлитов. Алмазов в этом горизонте меньше в 2–3 раза как за счет присутствия щебенки кимберлитов, так и за счет того, что из этого слоя не происходит выноса глинистого материала, как в верхнем горизонте, иначе говоря, не наблюдается уменьшения объема породы и относительного обогащения алмазами. Третий — нижний — горизонт (структурный элювий) постепенно переходит в неразрушенные кимберлиты. В нем содержание алмазов примерно такое же, как и в кимберлитах.
На склонах возвышенностей формируются делювиальные россыпи. Алмазы в них перемещены от кимберлитов вниз по склону на расстояние до 2–3 км (в зависимости от его крутизны и длины). Обломочный материал слабо отсортирован и по составу соответствует коренному ложу, т. е. неперемещенным породам, в которые «врезано» русло реки и на которых накапливается обломочный материал. Как правило, эти россыпи беднее коренного источника и элювиальных россыпей, поскольку алмазоносный материал разубоживается за счет материала боковых пород. Делювиальные россыпи представляют собой тела плащевидной, конусообразной формы.