Наиболее магнезиальными (MgO - 26,8% вес.) шпинелями из кимберлитов, вероятно, можно считать собственно шпинели (Al2O3 - 66,8% вес.) из алькремитов трубки "Удачная" [58]. Судя по данным обзора [46], для высокоглиноземистых шпинелей мантийных пород типичны более высокие содержания MgO относительно хромистых разностей шпинели в мантийных породах. Это совпадает с выявленной нами тенденцией более охотного вхождения магния (относительно хромистых разностей) в состав высокоглиноземистой шпинели при росте ее или равновесии с расплавом. Но это не исключает образования подобного рода шпинелей в солидусных условиях.

Забегая вперед, обратим внимание еще на одно условие, возможно необходимое для роста кимберлитовых алмазов в твердой среде. Ниже приводятся данные по некимберлитовым алмазам, которые позволяют предположить, что, при определенных условиях причиной твердофазного перехода графит - алмаз могут быть сдвиговые деформации. Геологическая история площадей развития кимберлитового вулканизма на Сибирской платформе свидетельствует о его генетической связи с конвективными течениями в верхней мантии [47]. Можно допустить, что собственно перемещения происходят вдоль ограниченных (10-100 км) латеральных и вертикальных зон, для которых характерны максимальные градиенты скоростей движения и наибольшие сдвиговые деформации. Многие глубинные (мантийные) ксенолиты перидотитовой и эклогитовой серий в кимберлитах как в целом по миру, так и на Сибирской платформе, несут отчетливые следы твердофазных деформаций. Они запечатлены не только в минералах, включая алмазы, но и выражены в структурных особенностях пород, слагающих ксенолиты [21,69]. Можно предположить, оставляя в стороне происхождение графита, что преобразование его в алмаз происходит под действием движений в таких локальных зонах, можно допустить и то, что до определенной величины сдвиговых деформаций рост кристаллов алмаза угнетен, поэтому не все ксенолиты и кимберлиты алмазоносны. Кроме того, следы сдвиговых деформаций могут затушевываться последующими преобразованиями породы в мантийных условиях.

Возможность роста кристаллов алмаза в твердофазной среде и P,T условия такого роста представляют значительный интерес в связи с находками алмазов в некимберлитовых породах [30]. Для алмазов из кимберлитов их высокобарический генезис (>3 ГПа) практически не вызывает споров, и разногласия в большинстве своем относятся к среде роста алмаза (расплав, твердофазная среда или их смесь) и к среде питания для роста кристаллов алмаза (расплав, флюид). Для алмазов из некимберлитовых пород (альпинотипные гипербазиты, высокобарические ультрамафиты и метаморфиды) основные разногласия касаются значений давления при образовании алмазов в этих породах. Для ряда массивов альпинотипных гипербазитов [28,30] приводятся значения давления их образования ~6,5 ГПа, оцененные по составам ортопироксенов из этих массивов. Накопилось достаточное количество данных, свидетельствующих о том, что составы минералов в этих массивах претерпели существенные изменения в процессе становления этих массивов. Поэтому условия, оцениваемые по составам этих минералов, могут быть неидентичными условиям раннего генезиса этих пород. Кроме того, коэсит, магнезиальный гранат (показатели высокобарического генезиса) не типичны для альпинотипных гипербазитов. Для высокобарических ультрамафитов, характерных для "корневых зон" складчатых поясов со сложной тектоникой и интенсивным метаморфизмом [39], вариации значений давления в процессе формирования массивов могут соответствовать как условиям для роста кристаллов алмаза, так и их графитизации. В гранатовых клинопироксенитах плутона Бени-Бушера (Марокко) найдены параморфозы графита по алмазу, составляющие местами до 15% объема породы [65]. Причем внутри подобных высокобарических массивов, на примере массива Ronda (Испания) [86], можно на расстоянии 1,5 км наблюдать смену шпинель-гранатовых перидотитов на плагиоклазовые. Это дает основание считать перспективными на алмазоносность с глубиной выходы на дневную поверхность и плагиоклазовых разностей перидотитов из корневых зон складчатых областей.

Наиболее разноречивые генетические построения (мантийное или коровое образование) вызвали находки алмазов в метаморфических комплексах, примером которых могут служить месторождение Кумды-Коль и участок Барчинский, находящиеся на северном склоне Зерендинского гранитогнейсового купола в Кокчетавском срединном массиве (Казахстан) [17,20,23,34,42,45,51,64]. Не вдаваясь во всю аргументацию в пользу возможности роста кристаллов алмаза в твердофазной среде в земной коре, мы хотим обратить внимание на некоторые факты в пользу такого генезиса, позволяющие предположить, что образование кристаллов алмаза могло происходить в моменты тектонических событий - палеоземлетрясений, в их гипоцентральной части (очаговой области). На этом месторождении алмазоносность приурочена к узкой, шириной от 45 до 250 м линейной зоне, внутри которой наибольшие концентрации алмазов наблюдаются в тектонических зонах мощностью от 5 до 20 м, представленных графитизированными высокотемпературными метасоматитами с бластокластическими структурами, образовавшимися по гнейсам, кальцифирам и эклогитам [23,52]. Алмазы мелкие, представлены как отдельными кристаллами, так и их сростками, размером 1-400 мк, мелкие кристаллы (1-30 мк) в большинстве своем включены в кристаллы граната и, в меньшей степени, в зерна пироксена, амфибола, биотита, полевого шпата и в явно вторичные минералы [22]. Описаны находки алмазов (15-100 мкм) в гранатах из разгнейсованной оболочки гранитного блока размером ~1,5м в двуслюдяных гнейсах [18]. К числу особенностей кристаллов алмаза можно отнести их неоднородность, наличие или отсутствие графитовой рубашки вокруг кристаллов алмаза в одном образце или в одном кристалле граната [74]. Р-Т условия многоэтапного формирования и существования породообразующей пироксен-гранат-плагиоклаз-кварцевой ассоциации лежат в следующих рамках: давление ~ 0,8-2,1 ГПа, температура ~ 600-1060оС [51]. Условия формирования минералов-включений (алмаз, коэсит, сфен, кианит, рутил и т.д.) в гранатах и цирконах из высокотемпературных метасоматитов, сложенных вышеуказанной минеральной ассоциацией, оцениваются как превышающие 4 ГПА и 850оС [51].

Находки коэсита [67] не являются бесспорным аргументом в пользу мантийного генезиса минералов-включений. В экспериментах [82] в условиях одномерного сжатия при давлениях 0,5-2 ГПа, температурах 450-900оС и скоростях деформаций 10-4сек-1 происходил метастабильный рост коэсита. Подобные скорости относятся к разряду очень быстрых геологичесикх деформаций [35] и характерны для локальных движений (участки < 10 км) непосредственно перед землетрясением в его эпицентральной зоне [48] в таких высокоподвижных областях, как Камчатка, Япония, Американские Кордильеры, относимых к зонам с 8-10-балльными землетрясениями [19]. Разрывы сплошности для большинства пород земной коры происходят при деформациях, имеющих численную величину n.(10-4 - 10-5) [61]. Предельное значение напряжения, вызывающего различные виды разрушений в горных породах (скалывание, отрыв и т.д.), <0,3 Гпа при нормальных условиях; оно численно увеличивается с ростом всестороннего сжатия и уменьшается, приобретая характер пластично-хрупких деформаций, с увеличением длительности действия разрушающих напряжений и увеличением температуры [19]. В настоящее время зависимость, связывающая воедино эти параметры, отсутствует. В работе [32] приводятся графические зависимости хрупко-пластичного перехода породы при одноосном сжатии, в зависимости от давления обжима, из которых следует, что такой переход происходит, когда напряжение сжатия в 2-3 раза превосходит давление обжима. Допуская понижающее влияние длительности воздействия тектонических напряжений и температуры в условиях нижних горизонтов земной коры при становлении гранито-гнейсовых формаций, можно предположить, что это отношение < 2. Минералогическими барометрами это влияние предположительно фиксируется. В работе [6] приводятся результаты исследований особенностей составов гранатов и оцениваются Р-Т условия формирования гранат - биотит-плагиоклазовой ассоциации из деформированных, в различной степени, слюдистых гнейсов, приуроченных к области сочленения Кольского и Беломорского геоблоков. "Зона главного разлома", имеющая мощность 100-150 м и прослеженная на расстоянии ~ 2 км, состоит из участков со слабо деформированными породами и зон с неоднократными, интенсивными деформациями, сложенными бластомилонитами. Авторами [6] выявлена прямая корреляционная зависимость между содержаниями кальция в гранатах и степенью дислоцированности вмещающих пород при отсутствии зависимости кальциевости гранатов от валового химического состава пород. В пластически слабо деформированных породах содержание гроссулярового минала 9-12%, и рассчитанные значения давления лежат в интервале 0,6-0,8 ГПа, что соответствует [6] литостатическому давлению (давлению обжима). Наиболее кальциевые гранаты (30-34% гроссуляра) и аномально высокие оцениваемые значения давления ~0,9-1,2 Гпа (при температурах до 670оС) приурочены к зонам интенсивных деформаций пластического сдвига и обязаны [6] тектонически избыточному давлению 0,3-0,4 ГПа, что соответствует отношению < 1. Имеющиеся на сегодняшний день минералогические геобарометры отградуированы для условий литостатического давления (давления обжима), поэтому неизвестно, как влияет на распределение элементов между сосуществующими минеральными фазами одноосное сжатие, сдвиг. Исходя из этого, несомненный интерес представляет изучение (на природных объектах и в экспериментах) влияние длительных сдвиговых напряжений и одноосного сжатия при различных значениях давления обжима на набор, количество, составы и скорости роста метасоматических минералов, формирующихся в условиях амфиболитовой и более высоких фаций метаморфизма.

Выполненные [51] оценки значений давлений существования и метаморфизма для гнейсов, сланцев и гранатовых амфиболитов для месторождения Кумды-Коль и ряда сопряженных с ним участков по пироксен-гранат-плагиоклаз-кварцевой ассоциации лежат в интервале 0,8-2,1 ГПа, что объясняется авторами многоэтапностью метаморфической эволюции. Очень интересным фактом, как результаты сравнения составов гранатов, приводимых в работах [23,51], является приуроченность наиболее кальциевых гранатов (СаО 10-28 % вес.) к алмазоносным высокотемпературным метасоматитам (бластомилонитам). Для низкокальциевых метасоматитов (до 3 % вес. СаО) корреляция с содержанием гроссулярового минала не наблюдается, тогда как в высококальциевых метасоматитах (12-28 % вес. СаО) встречаются и наиболее кальциевые гранаты, но этот вывод требует уточнений, так как приводимых данных мало, и они не систематичны. Это дает основание, исходя из данных [6], предположить, что давление формирования алмазоносных метасоматитов > 2,1 ГПа.

Эти результаты и предположения говорят о подобии и чертах сходства месторождения Кумды-Коль и "Зоны главного разлома" по условиям образования и соответствии этих условий рамкам метастабильного роста коэсита. Крупные разломы, фрагменты которых, вероятно, месторождение Кумды-Коль и "Зона главного разлома", являются сейсмическими зонами, генерировавшими в свое время землетрясения [32]. Это позволяет предположить возможность образования коэсита при формировании гранитогнейсовых комплексов - в приуроченных к ним очаговым областям коровых палеоземлетрясений (в низах коры, на глубинах 20 - 30 км) при деформациях > 10-5, как непосредственно перед палеоземлетрясением, так и в его период. Все эти данные позволяют ожидать находок микрокристаллов коэсита в области сочленения Кольского и Беломорского геоблоков, а также в аналогичных геологических ситуациях в других регионах.

Примером могут служить находки коэсита [94] в западном гнейсовом регионе Норвегии, но условия образования требуют уточнения. Если допустить, что при землетрясениях в очаговых зонах могут возникать такие явления, как плавление и сверхдавление [32,40], то не исключены находки коэсита и в эпицентральных частях современных сильных землетрясений. Наибольшие содержания алмазов и графита на месторождении Кумды-Коль приурочены к узким линейным зонам развития бластомилонитов (метасоматитов), разделяемых участками слабодислоцированных гнейсов, гранитов и т.д., в которых содержания графита в десятки раз меньше, а алмазы не обнаружены, либо их содержания незначительны [42,52]. С наиболее богатыми алмазами (до 2000 карат на тонну) карбонатносиликатными метасоматитами ассоциируются и наиболее богатые кальцием гранаты (Grs 60Prp7Alm33) [51]. Это позволяет предполагать, что алмазообразование в тектонической зоне приурочено к областям максимальных деформаций, в которых фиксируются и максимальные значения давления по минералогическим геобарометрам. Отсутствие приуроченности алмазов к эклогитам и еще ряд косвенных данных (морфология и строение микроалмазов) [23,42] также свидетельствуют об образовании алмазов in situ, в коровых условиях. Тесная пространственная связь графита и алмаза на месторождении с привлечением ряда дополнительных условий - быстрое остывание, способствующее сохранению кристаллов алмаза [23,42] и различия в изотопных составах алмаза и графита [52] - позволили этим авторам объяснить образование графита и алмаза путем их одновременного осаждения из восстановленного флюида. Однако подобный механизм образования кристаллов алмаза для месторождения Кумды-Коль маловероятен, так как подобным способом можно получить только поликристаллические агрегаты на неалмазных подложках, или доращивать монокристаллы алмаза, причем эпитаксиально наращенные пленки могут быть как поликристаллическими, так и монокристаллическими. Более чем полувековые экспериментальные работы в разных странах по выращиванию монокристальных алмазных пленок на неалмазных подложках, именуемые CVD-технологиями (химическое газофазное осаждение) пока закончилось безуспешно. По данным [74], изучившим структуры микроалмазов из пород Кокчетавского массива, поликристаллические агрегаты среди них отсутствуют, хотя волокнистые разности встречаются. Если допустить, что алмазы на месторождении образовались из графита, то благоприятные условия для роста кристаллов алмаза могли возникнуть при одновременном воздействии давления обжима и деформаций сдвига. В работах [12,13] было продемонстрировано, что при высоких давлениях (до 10 ГПа) и сдвиговых деформациях происходит трансформация решетки графита в решетку алмаза в твердом состоянии. Такая трансформация может происходить при давлениях 1 ГПа, причем переход электронных оболочек из sp2 в sp3 - гибридизированное состояние корректнее рассматривать не как фазовый переход, а как химическую реакцию, размер образующихся областей с новой структурой - несколько сотен ангстрем [24]. При сдвиговых напряжениях ~1 ГПа возможны также и локальные повышения температуры в наиболее напряженных частях графитовых зерен с размерами областей ~1мкм, приводящие к тепловым взрывам, порождающим микрокристаллы алмаза [49]. Численное моделирование [71] показало, что при сдвиговых деформациях в земной коре возможно возникновение неоднородных полей давлений с численными значениями до 3-5 ГПа, причем рост и падение давления в таких областях могут происходить за короткое время.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5