Лаборатория геологии и петрологии алмазоносных провинций

Лаборатория геологии кимберлитов была образована в 1957 году с целью изучения только что открытых в Якутии алмазоносных месторождений, и с тех пор данное направление исследований остается одним из основных, отражаясь в самом названии Института. С 1961 по 1973 гг. лабораторию возглавлял член-корр. АН СССР В.В.Ковальский, создавший якутскую школу геологов-алмазников.

Заведующими лабораторией в разные годы были д.г.-м.н. А. А.Меняйлов, д.г.-м.н. К.Н.Никишов, к.г.- м.н. Ф.Ф.Брахфогель, д.г.-м.н. В.К.Маршинцев, к.г.-м.н. А.Ф.Сафронов и к.г.-м.н. Ю.П. Барашков. В 2006 г. лаборатории геологии кимберлитов и петрологии литосферы были объединены в лабораторию геологии и петрологии алмазоносных провинций. Ее возглавил д.г.-м.н., академик АН PC (Я) А.П.Смелов. С 2014 г. заведующим является к.г.-м.н. О.Б.Олейников. В лаборатории работает 21 человек, из них 13 научных сотрудников, в том числе 1 доктор и 8 кандидатов наук.

НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Петрология и минералогия кимберлитов и нетрадиционных типов алмазоносных пород; определение возраста их формирования и связи с геодинамикой становления континентальной коры Северо-Азиатского кратона; природа уникальной россыпной алмазоносности северо-восточной окраины Сибирской платформы; минералогия, физические свойства и условия образования алмазов из коренных и россыпных месторождений Сибирского кратона; петрология и этапы становления доксмбрийского фундамента Сибирского кратона.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Результаты исследования геологического положения, возраста и особенностей составов пиропов, хромшпинелидов показали, что породы первой в Центральной Якутии кимберлитовой трубки Манчары похожи на среднспалсозойскис кимберлитовыс брекчии Якутской кимберлитовой провинции. Анализ полученных данных по составу и возрасту кимберлитовых пород и минералов спутников алмаза показал, что в данном районе существует вероятность обнаружения промышленноалмазоносных кимберлитовых трубок среднспалеозойского возраста (Смелое и др., 2010).

В процессе научного сопровождения геологоразведочных работ, проводимых геологами ГУГГП “Якутскгсология” было доказано существование в центральной Якутии нового Хомпу-Майского кимберлитового поля (Смелов и др., 2010, Мишнин и др., 2010, 2011). Здесь, кроме ранее открытой трубки Манчары, по результатам изучения вещественного состава пород были установлены и изучены еще три тела кимберлитов. При обогащении 2000 кг керна кимберлитов тр. Манчары, возраст которой 358 млн лет, выделен кристалл алмаза, что доказывает потенциальную алмазоносность в палеозое литосферы юга Сибирской платформы (Алданская антсклиза) (Смелов и др., 2012). Впервые изучены и диагностированы кимберлитовые трубки Дабан и Апрельская нового Барылайского поля, находящегося вблизи Хомпу-Майского поля в Центральной Якутии. По химическому составу породы относятся к Fe-Mg, высоко-Ti и низко-К петрохимическому типу кимберлитов. Полученные Rb-Sr датировки кимберлитов Хомпу-Майского поля в совокупности с геолого-геофизичсскими данными свидетельствует о более масштабном проявлении среднспалсозойского кимберлитового магматизма, типичного для Якутской кимберлитовой провинции и характеризующегося высокой алмазоносностью, к юго-востоку от Вилюйской синеклизы (Зайцев и др., 2010; Смелов и др., 2010; Мишнин и др., 2010).
Детальные петрографические и минералого-геохимичсские исследования позволили показать, что грубообломочные осадочно-вулканогенные образования карнийского яруса в районе устья р.Булкур, содержащие ураганные содержания несортированного алмаза, представлены туффитами. Таким образом, на северо-востоке Сибирской платформы был установлен новый тип коренных источников алмаза (Траханов и др, 2010, 2012, 2015). Туффиты характеризуются высоким содержанием пиропов, хромитов с полным отсутствием каких-либо следов механического износа или гипергенного растворения, широким развитием литокластов, лапиллей и ретрокластов, сцементированных измененным вулканическим материалом, что свидетельствует об их позднетриасовом возрасте и основном и ультраосновном составе.

По данным анализа методом ICP-MS LA, содержание РЗЭ в изученных гранатах Булкурской  антиклинали колеблется в пределах 8,88 – 67 г/т. Гранаты в значительной степени деплетированы в  отношении легких РЗЭ (отношение La/Yb 0,0006-0,0498) и обогащены тяжелыми РЗЭ. Из анализа  спектров распределения РЗЭ в гранатах, нормированных на хондрит и «примитивный гранат J14»,  сделано предположение, что формирование изученных гранатов происходило в сублитосферной  мантии, что в совокупности с находками в алмазах этого района включений мэйджоритовых гранатов  (Шацкий и др., 2010) подтверждает глубинность зарождения материнского источника алмаза и  ассоциирующих с ним минералов.

Изучение хромшпинелидов связующей массы лапиллей  карнийских туффитов Булкурской антиклинали показало, что их  состав характеризуется широким диапазоном изменения основных  компонентов: Сг,0, – 17,14-56,53 мае. %, А1,0, – 3,57-24,96  мае. %, ТЮ, – 0,82-11,32 мае. %, MgO – 1,74-13,31 мае. %. Положение  точек составов шпинелидов на диаграмме (Fe27Fc2++Mg)-  Ti /(Ti+Cr+Al) (Mitchcl and Bergman, 1991) подтверждает ранее  сделанный вывод об уникальности состава алмазоносного  транспортера, участвовавшего в образовании туффитов, который  по некоторым параметрам, вероятно, может быть близок к  лампроитовым породам.

Оливин аналогичен таковому из кимберлитов и лампроитов и в большинстве случаев в нем отмечается высокое содержание СаО, что является индикатором глубины формирования и свидетельствует о повышении температурного режима. Для автолитов из кимбсрлитовой трубки  Удачная установлена отрицательная зависимость  между содержаниями Rb в валовом составе и в  силикатной фракции автолитов и прямая связь  между первичным изотопным составом Sr и алма-  зоносностью образцов. Наличие обратной связи  между Sr в породе (и ее аликвотах) и их алмазонос-  ностью может свидетельствовать как о различных  источниках элемента в автолизах, так и о возможном  влиянии карбонатизации пород на изменение  их алмазоносности.

В лаборатории проводятся специальные исследования  дефектно-примесного, изотопного состава, морфологии,  внутреннего строения и онтогении алмаза из коренных и  россыпных месторождений Якутской алмазоносной  провинции, а также выявления кристаллохимических  особенностей включений и их взаимоотношение с алмазом.  По результатам Re-Os изотопного датирования эклоги-  товых (E-type), перидотитовых и лерцолитовых (P-typc)  включений сульфидов в алмазах из кимберлитовых трубок  Якутии определены три ранее неизвестных периода образования  алмазов: 1) 2.1-2.0 Ga (E-typc из трубок Мир, 23  съезд КПСС), 2) 1.8 Ga (P-type из трубки Удачная) и 3)  1.0-0.9 Ga (E-typc и P-type из трубок Мир и 23 съезд КПСС).  По времени они соответствуют трем основным тсктоно-  магматическим событиям формирования фундамента и  литосферы Северо-Азиатского кратона: 1 – связан с субдук-  ционным процессам, предшествующим формированию  палеопротсрозойского супсрконтинента Пуна (Колумбия)  в период 2.1-2.0 Ga, 2 совпадает по времени (1.8 Ga) с  периодом существования суперконтинента Пуна и 3 –  вероятно, связан с началом распада (1.0-0.9 Ga) супсрконтинента  Родиния (Wiggers de Vries ctal, 2013; Smelov etal.,  2013, Смелов и др., 2013).

Выявлен глобальный по продолжительности (1 млрд лет) перерыв в образовании кристалла алмаза. В зональном октаэдрическом алмазе из тр. Мир установлены два различающихся по физико-химическим параметрам этапа кристаллизации, разделенных периодом резорбции (растворения)(Bulanova etal., 2014).

Изучены алмазы из древнейших пород Алдано-Станового щита (2.96-3.0 млрд. лет). Выявлены признаки существования мощной алмазоносной литосферной мантии уже на ранней стадии формирования континентальной коры Северо-Азиатского кратона. (Смезов и др., 2012).

Определены критерии сингенетичности включений минералов в алмазах Якутии из кимберлитов  и северных россыпей с неизвестными коренными источниками. Комплексное изучение и сравнительный  анализ алмазов с включениями оливина и граната из кимберлитовых тел Якутии и россыпей р.  Эбелях свидетельствуют, что критериями сингенетичности для включений из кимберлитовых трубок  являются выявленная на основе рентгенографических исследований закономерная структурная  ориентировка включений относительно алмаза-хозяина, отражающая закономерное срастание  минерала-узника с алмазом, и искаженная симметрия формы включений, соответствующая его  положению в пространстве кристалла-хозяина (Угапьева, Павлушин и др., 2015, 2016). Так, для  включений оливина в алмазах из россыпей р. Эбелях единственным критерием сингенетичности  является искажение внешней симметрии минерала-узника в зависимости от положения в объеме  алмаза относительно пирамид роста и элементов внешнего огранения октаэдрического кристалла.

Последние десятилетия д.г.-м.н. В.С.Шкодзинским разрабатываются принципиально новые  модели формирования геосфер, магм, кимберлитов и алмаза, объясняющие многие дискуссионные  эмпирические данные (Шкодзинский, 1995,2009,2015). На основе анализа обширного литературного  материала доказывается гипотеза горячей гетерогенной аккреции Земли и ошибочность представлений  об её холодном гомогенном образовании. Показано, что архейские кристаллические комплексы  возникли путем кристаллизации кислого слоя глобального океана магмы.

При затвердевании магматического океана  происходило последовательное образование из  его остаточных расплавов различных магм. Это  объясняет генезис и эволюцию магматизма  древних платформ. Кимберлиты возникали из  остаточных расплавов перидотитового слоя.  Алмазы начали зарождаться около 3 млрд. лет  назад вследствие роста концентрации углерода  в остаточном расплаве. Увеличение степени  пересыщения им привело к смене послойного  роста алмазов радиальным, к возникновению  скульптур на их поверхности и к эволюции  морфологии от гладкогранных октаэдров к  слоистым, к округлым додскаэдроэдрам и далее  к кубам и агрегатам. Возрастало содержание в  алмазах азота, легкого изотопа углерода и  других примесей. Магмы океанических и  складчатых областей формировались путем  фракционирования толеитовых расплавов,  возникавших путем декомпрессионного плавления  в плюмах эклогитов – продуктов затвердевания  синаккреционного магматического океана.