CC BY
53
УДК: 553.81 (571.56)
А.А. Бурмистров, М.А. Богуславский
ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИМБЕРЛИТОВ ТРУБКИ КОМСОМОЛЬСКОЙ И ИХ СВЯЗЬ С ОСОБЕННОСТЯМИ ЕЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА, УСЛОВИЯМИ ОБРАЗОВАНИЯ И АЛМАЗОНОСНОСТЬЮ
Статья посвящена изучению петрофизических свойств кимберлитов трубки Комсомольской и статистическому анализу их связи с данными петрографических и минераграфических исследований. Сопоставление полученных результатов с аналогичными исследованиями других кимберлитовых трубок Якутии показало, что их можно использовать для прогнозной оценки алмазоносности ким-берлитовых тел в этом районе.
Ключевые слова: кимберлит, петрофизика, алмазоносность, пористость, магнитная восприимчивость.
The atricle is devoted to the study of petrophysical properties of the Komsomolskaya pipe kimberlites and the statistic analysis of the links between such properties and petrographic and mineralgraphic data. The comparison of the results obtained in the course of the study with the results of similar studies of other kimberlite pipes of Yakutia demonstrates that these can be used for forecast evaluation of diamond-bearing capacity of kimberlite bodies in this area.
Key words: kimberlite, petrophysics, diamond content, porosity, magnetizability.
Задачи и методика исследований. В настоящее время петрофизические исследования кимберлитов приобретают все большее значение. С одной стороны, это связано с потребностью повышения достоверности интерпретации результатов и расширения комплекса геофизических методов при поисках кимберлитов, а с другой — с необходимостью выделения и оконтуривания алмазоносных фаз и разновидностей кимберлитов на поисково-оценочной стадии.
Петрофизические параметры являются индикаторами условий образования и преобразования различных типов пород и руд [Старостин и др., 1994]. Полнота и достоверность такой информации существенно возрастают, если изучаются свойства различных групп пород. Поэтому современные пет-рофизические исследования кимберлитов охватывают широкий спектр петрофизических характеристик (физико-механических, магнитных, электрических, ядерно-физических) [Козлов, 1981; Зинчук и др., 2002; Вержак и др., 2003; Кудрявцева. и др., 2003; Бурмистров, Старостин, 2003; Бурмистров и др., 2005; Трухин, Жиляев, 2005; Бурмистров и др., 2008].
В связи с этим авторы решали следующие задачи: 1) установление значимых отличий по петро-физическим параметрам между кимберлитами двух фаз трубки Комсомольской; 2) выявление и количественная оценка степени связи петрофизических параметров с вещественным составом и структурой кимберлитов, а в конечном счете с условиями их образования и алмазоносностью; 3) сопоставление петрофизических характеристик кимберлитов трубки с другими кимберлитовыми месторождениями райо-
на с целью проверки принципиальной возможности использовать их для предварительной прогнозной оценки алмазоносности и уровня эрозионного среза кимберлитовых тел по петрофизическим данным; 4) установление степени различия по величинам петрофизических параметров между кимберлитами трубки и вмещающими породами.
Петрофизические исследования кимберлитов трубки Комсомольской включали измерение следующих физико-механических свойств: плотности (р, г/см3), эффективной пористости (Пэф, %), условно-мгновенного насыщения (А, %), периода полунасыщения (71/2, часы); упругих характеристик — коэффициента Пуассона (ц), модулей Юнга (Е, ГПа), сдвига (С, ГПа), объемного сжатия (Ксж, ГПа), акустического сопротивления (2., 106 кг/м2 - с), температуры Дебая (7д, К). По результатам дирекционных измерений скорости продольных волн в пластинах, выпиленных из образцов керна, построены индикатрисы упругой анизотропии и определен коэффициент анизотропии (Кан, %).
Кроме этого каппаметром ПИМВ-1М измерена магнитная восприимчивость (к, 10-5 ед. СИ). Ее значения возрастают пропорционально содержанию ферромагнитных минералов в породе (для кимберлитов это прежде всего магнетит).
Первую группу параметров (р, Пэф, А, Г^) изучали методом гидростатического взвешивания образцов в процессе их свободного насыщения. Расчеты осуществлялись по следующим формулам:
р (г/см3) = 0,998хРс/(Рс - Рн.в),
Пэф (%) = 100 Рнв Рсв
Р - Р
С -1 с.в
, А (%) = 100 р Р"в
Р - Р
'с 1 с.в
где Р1 — вес образца в воде после первой минуты насыщения, Рс — вес сухого образца в воздухе, Рсв — вес сухого образца в воде, Рн.в — вес полностью насыщенного образца в воде;
Т1/2 (часы) = е 1п'1)(Р2-Р1/2)/(Р2-Р,)1,
где Р2 — вес образца после наступления полунасыщения.
Упругие параметры рассчитаны по стандартным формулам теории упругости по значениям плотности и скорости продольных и поперечных волн, измеренных в образцах ультразвуковым тестером УК1401. Температура Дебая рассчитана по формуле [Старостин и др., 1994]:
Тд = 90,2р
1/3
1(1/Гр + 2 / V/)
1/3
Упругую анизотропию образцов исследовали на приборе Р5-10 методом ультразвукового прозвучивания плоскопараллельных пластин толщиной 10—15 мм в водонасыщенном состоянии, выпиленных из образцов кимберлита. Методика этих исследований разработана В.И. Старостиным [Старостин и др., 1994]. Измерения проводились в 37 различных направлениях: через каждые 30° по радиальным направлениям на расстоянии от центра 3, 6, 10, 15 мм. Ориентировку пластин устанавливали по отношению к оси керна скважин, которые, по данным инклинометрии, близки к вертикальным. В результате получены индикатрисы значений скорости продольных волн в проекции на горизонтальную плоскость. Расчеты скорости, вынос их на круговую диаграмму (сетку Шмидта), построение изолиний скорости и расчеты значений коэффициента анизотропии ( ^шах ^Шщ)/^ср) производили с помощью компьютерной программы, разработанной на кафедре геологии и геохимии полезных ископаемых геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (автор доцент А.Б. Волков).
Петрофизические исследования проводили в комплексе с петрографическими и минераграфиче-скими исследованиями шлифов и аншлифов, макроскопическим описанием образцов, что позволило установить связь петрофизических характеристик с вещественным составом, структурой и текстурой образцов. Всего изучено 12 образцов — 8 из ав-толитовой кимберлитовой брекчии (АКБ) и 4 из порфировых кимберлитов (ПК). Недостаток каменного материала отчасти компенсировался повторным измерением свойств в дубликатах образцов. Кроме того, полевое изучение и документирование карьера показало в целом невысокую изменчивость вещественно-структурных особенностей кимберлитов обеих фаз. В то же время на этом этапе исследований полученные результаты следует рассматривать как полуколичественные.
Особенности тектонической позиции, геологического строения и вещественного состава кимберлитов трубки Комсомольской. Кимберлитовая трубка Комсомольская находится в Алакит-Мархинском кимбер-литовом поле Далдыно-Алакитского алмазоносного района, расположенного на северо-восточной окраине Тунгусской синеклизы на ее стыке с Анабарской антеклизой.
В региональном плане Алакит-Мархинское кимберлитовое поле контролируется двумя зонами глубинных разломов. Интенсивные раннемезозойские тектонические движения, сопровождаемые магматической деятельностью, привели к значительной переработке домезозойского структурного плана, что затрудняет реконструкцию среднепалеозойской тектоники. Большинство исследователей указывают, что Алакит-Мархинское поле находится на пересечении Далдыно-Оленекской системы разломов с Вилюйско-Котуйской зоной краевых дислокаций. Последняя имеет северо-западное простирание, фиксируется дайками долеритов и флексурными перегибами пород нижнего палеозоя. Начиная с протерозоя она контролировала размещение крупных региональных структур Сибирской платформы. Далдыно-Оленек-ская система глубинных разломов протягивается в северо-восточном направлении от р. Моркока к Оленекскому поднятию и контролирует положение многих кимберлитовых полей.
Региональная тектоническая позиция этого поля объясняет приуроченность трубки Комсомольской к узлу пересечения локальных разломов северо-восточного и северо-западного направлений, которые определили главные особенности ее морфологии и строения. Трубка Комсомольская сложена двумя типами кимберлитов, которые соответствуют двум фазам внедрения и имеют интрузивный контакт (рис. 1). Первая фаза представлена двумя дайкооб-разными телами низкоалмазоносных порфировых кимберлитов (ПК) развитых на северо-восточном и юго-западном флангах трубки. Эти тела контролируются разломом северо-восточного простирания. Вторая фаза представлена промышленно-алмазоносными автолитовыми кимберлитовыми брекчиями (АКБ), образующими трубообразное изометричное в плане тело в центральной части трубки. Оно приурочено к пересечению северо-западного и северо-восточного разрывных нарушений, контролирующих трубку, и пересекается дайкой траппов, внедрившейся вдоль северо-западного нарушения (рис. 1).
Результаты исследований. Проведено статистическое сравнение параметров порфировых кимберлитов и автолитовой кимберлитовой брекчии по средним значениям параметров и с помощью корреляционного, кластерного и факторного анализа всей количественной информации, включая вещественный состав.
Анализ средних значений параметров. Полученные значения параметров представлены в табл. 1, из дан-
Рис. 1. План и разрез кимберлитовой трубки Комсомольской (Далдыно-Алакитский район), по материалам Амакинской ГРЭ и ЯНИГП ЦНИГРИ 1985: 1 — контур рудного тела под перекрывающими породами; 2 — контуры отторгнутых блоков трубки; 3 — порфировые кимберлиты первой фазы внедрения; 4 — автолитовые кимберлитовые брекчии второй фазы внедрения; 5 — границы между разновидностями кимберлитов; 6 — долеритовые туфы пермотриаса; 7—8 — песчаники (7) и алевролиты (8) пермокарбона; 9 — известняки нижнего силура; 10—12 — известняки глинистые (10), доломиты песчанистые (11) и песчано-глинистые (12) среднего и нижнего ордовика; 13 — базальты эффузивной фации раннего триаса; 14 — до-лериты интрузивной фации пермотриаса
ных которой видно, что ПК по ряду параметров достаточно контрастно отличаются от АКБ. Для одних свойств эти отличия устанавливаются только по их средним значениям (в случае, если не перекрываются доверительные интервалы, рассчитанные для средних значений), для других — они выявляются по интервалам максимальных и минимальных значений, которые не перекрываются.
Для расчета доверительного интервала (Д) среднего использована приближенная формула для оценки относительной погрешности определения среднего [Богацкий, 1963]:
Д = 21 Хтах
-1 I /(п -1), откуда Д =
Х ау
где Хтах — максимальное значение, Хау — среднее значение, п — число значений параметра.
Таблица 1
Значения петрофизических параметров кимберлитов трубки Комсомольской
Номер образца л с А, % л с а ч с, Плотность, г/см3 Горизонт Коэффициент Пуассона Модуль сдвига, ГПа Модуль Юнга, ГПа Модуль объемного сжатия, ГПа Акустическая жесткость, 106 кг/ м2 - с Температура Дебая, К Магнитная восприимчивость, 10-5 ед. СИ Коэффициент анизотропии, %
АКБ
1 14,10 1,50 0,25 2,78 520 2,77 1,67 0,21 7,80 18,80 10,91 7,75 233 3610 13
2 11,80 0,60 1,63 2,70 520 4,03 2,10 0,32 11,85 31,20 28,13 10,85 291 88
3 11,40 0,90 0,45 2,70 520 2,42 1,29 0,31 4,50 11,75 10,26 6,55 179 1623 11
4 9,50 3,90 0,24 2,67 520 0,99 0,62 0,18 1,00 2,4 1,3 2,6 86 91
7 9,50 1,00 0,15 2,70 490 2,65 1,59 0,22 6,80 16,55 9,88 7,15 219 2761 17
10 10,70 1,10 0,46 2,67 520 3,46 1,88 0,29 9,50 24,55 19,81 9,25 261 3728 9
11 10,20 1,70 0,23 2,74 490 4,41 2,22 0,33 13,60 36,05 35,63 12,10 311 6761 10
50-2 10,30 0,30 0,24 2,66 0,24 10,60 26,30 16,90 9,04 274 1500
Среднее 11,03 1,53 0,49 2,71 2,96 1,62 0,26 8,21 20,95 16,60 8,16 232 2520 12
Д 0,08 0,44 0,67 0,01 0,14 0,11 0,08 0,19 0,21 0,33 0,14 0,10 0,48 0,02
Д 0,88 0,68 0,33 0,02 0,41 0,17 0,02 1,54 4,31 5,44 1,13 23 1212 0,3
ПК
5 19,80 3,20 0,16 2,73 535 2,48 1,53 0,19 6,40 15,15 8,18 6,75 212 1165 29
6 21,60 4,40 0,13 2,70 535 2,78 1,61 0,25 7,00 17,5 11,7 7,5 223 64 12
8 31,40 1,30 2,45 2,74 520 2,36 1,34 0,23 4,90 12,05 8,87 6,45 186 20 30
9 21,00 3,00 0,26 2,73 520 3,59 1,85 0,32 9,30 24,55 22,73 9,85 258 108
Среднее 23,45 2,98 0,75 2,73 2,80 1,58 0,25 6,90 17,31 12,86 7,64 220 339 24
Д 0,23 0,32 1,52 0,00 0,19 0,11 0,20 0,23 0,28 0,51 0,19 0,12 1,62 0,18
Д 5,30 0,95 1,14 0,01 0,53 0,18 0,05 1,60 4,83 6,58 1,48 26 551 4
Различия между ПК и АКБ устанавливаются по средним значениям следующих свойств: 1) магнитная восприимчивость (к) для АКБ равна 2666-10-5 ед. СИ, для ПК — 339-10"5 ед. СИ), 2) коэффициент анизотропии для АКБ равен 12%, для ПК — 24%. По интервалам предельных значений различия выявлены только по Пэф: АКБ — 9,5—14%; ПК — 21—31%.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что выделенные группы свойств можно использовать для более надежного определения этих двух заметно различающихся по уровню алмазоносности типов кимберлита при документировании скважин и выработок и особенно для уточнения положения их контактов. Это связано с тем, что в приконтактовых зонах их сложно визуально диагностировать. Скорость такой оценки и объемный массовый характер изучения кимберлитов имеют преимущества перед петрографическими исследованиями в шлифах, учитывая наличие обломочного материала и зон изменений в кимберлитах.
Анализ упругой анизотропии кимберлитов. По индикатрисам значений скорости продольных волн образцов (одна из наиболее характерных индикатрис представлена на рис. 2) выявлена петроструктурная анизотропия, связанная с преимущественной ориентировкой минералов, возникшей в кимберлитах на этапе их внедрения. Однако не исключается проявление в ранней фазе (ПК) и петроструктурно-дефор-мационной анизотропии, связанной с наложенными деформациями в зоне кимберлитконтролирующего разлома, возможно, поэтому значения коэффициента анизотропии ПК в среднем примерно в 2 раза выше, чем АКБ. С другой стороны, это может быть связано и с тем, что внедрение ПК контролировалось зоной северо-восточного нарушения, а АКБ локализовались на участке пересечения северо-восточного и северо-западного нарушений, расплав в этом случае мог распространяться в трубообразном канале и был менее вязким за счет повышенной газонасыщенности (развитие брекчий).
На рис. 2 видно, что петроструктурная анизотропия в изученных образцах выражена достаточно контрастно, особенно для порфировых кимберлитов. При этом для АКБ более характерны локальные максимумы, что связано с преобладанием линейной ориентировки со средним (субвертикальным) наклоном текстурных элементов, либо четко выраженная анизотропия вообще отсутствует. Это можно объяснить, как сказано выше, условиями внедрения АКБ, которое происходило по трубообразному каналу на пересечении двух систем нарушений. Для ПК более характерна поясовая (линейно-поясовая) анизотропия (с преимущественно крутым падением плоскостей поясов), которая наиболее четко проявилась в образце № 8, что, видимо, обусловлено течением расплава вдоль плоскости северо-восточного разлома.
Крутое падение ориентированных элементов текстуры характерно и для других кимберлитовых
Рис. 2. Индикатрисы скоростей продольных волн в проекции на горизонтальную плоскость для образцов А (№ 1, АКБ) и Б (№ 8, ПК)
трубок и, очевидно, связано с активным продвижением расплава в верхние горизонты, пример — трубка Ленинград, в которой уплощенные ксенолиты образуют горизонтальный пояс полюсов их плоскостей на круговых диаграммах [Милашев, 1979].
Корреляционный анализ. Для выявления статистических связей между изученными петрофизическими и вещественными параметрами кимберлитов, представленными в табл. 1, рассчитаны коэффициенты парной корреляции, их значимые величины приведены в табл. 2.
Уровень значимости определялся по формуле
\K\Jn - 2
> '
К2
а(п-2^
где K — коэффициент корреляции, п — число степеней свободы, ta — коэффициент Стьюдента при 95%-ном уровне значимости.
При имеющейся выборке (числе образцов) значимы коэффициенты корреляции выше 0,5 и ниже —0,5.
Таблица 2
Результаты корреляционного анализа* петрофизических и петрографических характеристик образцов кимберлита трубки Комсомольской
Р, % А Т1-2 Б Н М О Е К г TD КАК АУТО ORE МЕТО АУТО ВТ FL GR САЯВ
A 0,82
?Ь -0,14 -0,51
D 0,27 0,45 -0,38
H 0,65 0,21 0,28 -0,19
M -0,34 -0,24 0,28 -0,16 -0,38
G -0,26 0,08 0,13 0,30 -0,61 0,54
E -0,28 0,06 0,15 0,27 -0,62 0,60 1,00
K -0,31 0,02 0,15 0,21 -0,63 0,74 0,96 0,98
Z -0,26 0,06 0,15 0,26 -0,61 0,67 0,99 0,99 0,99
то -0,23 0,10 0,15 0,29 -0,58 0,52 100,00 0,99 0,95 0,98
MGT -0,57 -0,06 -0,44 0,38 -0,78 0,30 0,65 0,65 0,64 0,62 0,62
КАК 0,62 0,53 -0,12 0,05 0,50 -0,75 -0,47 -0,51 -0,57 -0,55 -0,46 -0,51
АУТО 0,32 0,32 -0,37 -0,38 0,23 -0,33 -0,35 -0,35 -0,38 -0,36 -0,31 -0,24 0,30
ORE 0,37 0,11 0,69 0,09 0,50 -0,08 0,24 0,23 0,13 0,20 0,28 -0,38 0,22 -0,19
МЕТО АУТО 0,35 0,49 -0,43 -0,33 0,17 -0,19 -0,27 -0,27 -0,24 -0,26 -0,26 -0,14 0,45 0,80 -0,22
ВТ FL -0,22 -0,40 0,76 -0,10 -0,01 0,26 0,30 0,30 0,30 0,29 0,03 -0,15 -0,12 -0,73 0,43 -0,71
GR -0,16 -0,45 0,55 0,23 0,09 -0,29 -0,01 -0,05 -0,14 -0,08 0,01 -0,22 -0,02 -0,33 0,46 -0,65 0,45
САЪБ -0,25 -0,18 -0,26 0,26 -0,20 -0,37 0,06 0,02 -0,10 -0,03 0,08 0,33 -0,22 -0,08 -0,19 -0,50 0,06 0,35
СШ8Т 0,20 0,34 -0,28 0,28 -0,16 0,38 0,21 0,23 0,31 0,29 0,20 0,19 -0,22 0,23 -0,25 0,27 -0,33 -0,23 -0,24
* Расшифровку условных обозначений см. в табл. 3.
Анализ корреляционных связей между изученными параметрами позволяет сделать следующие выводы.
1. Выявлена прямая значимая связь между Пэф, А и значениями коэффициента анизотропии. Это объясняется тем, что в высокопористых породах проявлены системы микротрещин, которые обычно хорошо развиваются вдоль более ослабленных направлений ориентировки минералов. Кроме того, вдоль направлений (и плоскостей) ориентировки минералов в образцах обычно развиты системы крупных поровых каналов.
2. Наличие микротрещин также подтверждается обратной связью значений коэффициента Пуассона и коэффициента анизотропии, который уменьшается в сильнотрещиноватых породах из-за резкого снижения в них скорости продольных волн.
3. Прямая связь между периодом полунасыщения (771/2), количеством рудного минерала и количеством биотита/флогопита, а также наличие обратной связи между Т1/2 и условно-мгновенным насыщением (А) позволяет выделить две вещественно-петрофизиче-ские разновидности кимберлита: для первой характерна повышенная макропористость, а для второй — мелкая пористость и повышенно содержание слюд и рудных минералов. При этом для второй разновидности характерно пониженное содержание автолитов, что подтверждается обратной корреляцией их содержания с количеством слюд.
4. Обратная связь между Т1/2 и А объясняется тем, что Т1/2 уменьшается при увеличении количества относительно крупных пор. В образцах с большой
величиной макропористости (А), таким образом, имеется и значительная доля крупных микропор.
5. По группе корреляционных связей можно выделить группу прямо связанных между собой параметров: содержание автолитов, карбоната-серпентина (метасоматические изменения) и величина макропористости (А). Это свидетельствует, что при увеличении интенсивности дегазации расплава в ходе внедрения второй фазы кимберлитов увеличивались макропористость, метасоматические изменения и скорость формирования автолитов.
6. Отсутствие корреляции между содержанием рудных минералов и магнитной восприимчивостью объясняется значительным содержанием ильменита, иногда его больше, чем магнетита.
7. Отсутствие связи между плотностью и содержанием рудных минералов обусловлено их низким содержанием, а также широким развитием карбоната, отчасти биотита.
Факторный анализ. Для обработки исходных данных использован статистический вариант факторного анализа — метод наибольшего правдоподобия. Он позволяет использовать достаточно небольшие выборки параметров, значения которых установлены на приближенно количественном уровне. Посредством факторного анализа выделяли группы взаимосвязанных параметров (факторов), определяющих основную долю изменчивости того или иного изучаемого признака. Результаты приведены в табл. 3.
Выделены четыре фактора, которые вносят основной вклад (78%) в общую изменчивость изученных
Таблица 3
Результаты факторного анализа
Свойства, характеристики Фактор 1 Фактор 2 Фактор 3 Фактор 4
Пористость эффективная, Р, % 0,0 -0,4 0,8 0,1
Условно-мгновенное насыщение, А 0,0 0,1 1,0 0,2
Период полунасыщения, Т1/2 0,1 -0,4 -0,6 0,4
Плотность, D 0,5 0,3 0,5 -0,3
Коэффициент Пуассона, M 0,3 0,5 -0,6 0,6
Модуль сдвига, G 0,1 1,0 0,1 0,0
Модуль Юнга, T 0,1 1,0 0,0 0,1
Модуль объемного сжатия, K 0,2 0,9 -0,1 0,2
Акустическая жесткость, Z 0,2 1,0 0,0 0,1
Температура Дебая, TD 0,1 1,0 0,1 0,0
Количество магнетита, MGT 0,2 0,9 -0,1 0,0
Коэффициент анизотропии, KAN -0,3 -0,5 0,7 0,0
Количество автолитов, AVTO -0,8 -0,2 0,0 0,0
Количество рудного минерала, ORE 0,0 0,0 0,7 0,0
Количество измененного автолита, METOAVTO -0,8 -0,1 0,2 0,5
Количество слюдистых минералов, BT FL 0,7 0,1 -0,1 -0,1
Количество граната, GR 0,2 -0,2 0,0 -0,8
Количество карбоната, CARB 0,3 0,1 0,0 -0,8
Уровень раскристаллизованности породы, CRIST 0,0 0,3 -0,1 0,3
Собственное значение матрицы 4,6 6,1 3,5 1,3
Общий вклад в изменчивость параметров, % 23,2 30,5 17,4 6,6
параметров. По набору значимых факторных нагрузок первый и четвертый факторы позволяют выделить прямо связанные между собой параметры вещественного состава кимберлитов (AVTOLIT, METOAVTO, BT_FL, GR, CARB), которые обусловлены процессами их образования и более поздними наложенными изменениями. Однако эти параметры не связаны с алмазоносностью.
Второй и третий факторы позволяют выявить две группы тесно связанных характеристик (первая группа — упругие свойства и магнитная восприимчивость, вторая группа — P, %, A, KAN, ORE). Учитывая, что повышенной алмазоносностью характеризуется кимберлитовая фаза АКБ, которая отличается от низкоалмазоносных ПК резко пониженной эффективной пористостью и повышенной магнитной восприимчивостью, можно выделенные группы свойств в целом рассматривать как критерии оценки алмазоносности.
Таким образом, полученные результаты подтверждают основные выводы, сформулированные нами по итогам проведения других видов статистического анализа, а именно установлена значимая статистическая связь группы упругих свойств, значений коэффициента упругой анизотропии, фильтрационных и пористных параметров, а также магнитной
восприимчивости и содержания рудных минералов в кимберлитах с алмазоносностью. Связь двух последних параметров между собой находится на пределе уровня значимости. Это объясняется тем, что среди рудных минералов (кроме магнетита) установлено высокое содержание низкомагнитного ильменита.
В целом выявленные закономерности определяются различиями значений петрофизических свойств и ряда количественных характеристик вещественного состава промышленно- и низкоалмазоносной фаз (АКБ и ПК) трубки Комсомольской.
Сравнительный анализ петрофизических свойств кимберлитов трубки Комсомольской с другими трубками Якутии и с вмещающими породами. Сравнение свойств кимберлитов проводилось по одним и тем же фазам различных тел. Поэтому в табл. 4 приведены данные только для некоторых достаточно хорошо изученных в петрофизическом отношении трубок. Обе фазы трубки Комсомольской наиболее близки к соответствующим фазам трубки Сытыканской, которая также отличается повышенной крупностью алмазного сырья, большим выходом камней ювелирного качества, а также невысоким содержанием алмазов.
При сопоставлении петрофизических параметров трубки Комсомольской в плане оценки ее алмазонос-ности была составлена сводная таблица (табл. 5) для кимберлитов Якутии. В табл. 5 полужирным шрифтом отмечены значения свойств, которые наиболее близки к их величинам для кимберлитов соответствующих фаз трубки Комсомольской. В целом проведенный анализ показывает, что трубка Комсомольская по петрофизическим параметрам соответствует средне- и низкоалмазоносным телам, которым она и является по результатам ее отработки.
По значениям петрофизических параметров АКБ трубка Комсомольская наиболее близка к аналогичной по типу кимберлита средне- и низкоалмазоносной трубке Сытыканской Алакит-Мархинского поля, которая так же, как и изученное месторождение, характеризуется высоким выходом алмазного сырья с повышенной крупностью. Для оценки уровня эрозионного среза использовались характеристики, которые закономерно изменяются с глубиной. Это прежде всего эффективная пористость, в меньшей степени — упругие параметры и магнитная восприимчивость. Сопоставление их величин проводилось отдельно по обеим фазам кимберлитов трубки с верхними горизонтами трубки Юбилейной, а также месторождения им. В. Гриба Архангельской алмазоносной провинции (фаза АКБ). Эти трубки имеют близкий возраст и характеризуются минимальным уровнем эрозионного среза (наличие кратерных фаций). По результатам этой оценки сделан вывод о малом срезе трубки Комсомольской (до глубины не более 100—150 м от днища эродированного кратера), что подтверждается сопоставлением стратиграфического разреза вмещающих пород трубок Алакит-Мархинского поля.
Таблица 4
Средние значения петрофизических параметров кимберлитов некоторых трубок РФ
Название трубки Пористость эффективная, % Плотность, г/см3 Коэффициент Пуассона Модуль сдвига, 10 ГПа Модуль Юнга, 10 ГПа Модуль объемного сжатия, 10 ГПа Удельное волновое сопротивление, мОм Температура Дебая, К Магнитная восприимчивость, 10-5 ед. СИ
АКБ
Сытыканская 12,90 2,6 0,20 0,80 1,80 1,20 7,60 231 836,8
Удачная-Западная 6,00 2,60 0,30 0,90 2,40 2,00 9,10 260 577
Мир 9,30 2,60 0,33 1,23 3,29 3,44 11,45 298 98
Нюрбинская 7,70 2,60 0,51 0,70 1,90 2,10 8,70 228 113
Ботуобинская 17 4,33 2,77 0,38 1,73 4,77 6,63 15,79 353 7
Им. XXIII съезда 19,96 2,68 0,32 1,54 4,07 3,77 12,60 332 750
Зарница 9,90 2,6 0,30 1,20 2,90 2,00 9,70 287 2333
ПК
Сытыканская 11,00 2,60 0,20 0,60 1,40 0,90 6,60 200 298,3
Удачная-Западная 5,50 2,60 0,20 0,90 2,30 1,70 8,60 253 830
Удачная-Восточная 3,60 2,70 0,20 1,00 2,40 1,70 8,90 265 712
Новинка 8,70 2,70 0,30 1,80 4,80 4,60 12,60 330 924
Айхал 7,67 2,60 0,38 0,94 2,53 2,51 9,75 262 262,8
им. В. Гриба 7,50 2,68 3,07 10,05 1014
* Полужирный — значения параметров, близкие к их величинам для трубки Комсомольской.
Таблица 5
Средние значения петрофизических свойств кимберлитов Якутии с различным уровнем алмазоносности
Кимберлиты Пористость эффективная, % Плотность, г/см3 Коэффициент Пуассона Модуль сдвига, 10 ГПа Модуль Юнга, 10 ГПа Модуль объемного сжатия, 10 ГПа Удельное волновое сопротивление (акуст. мОм) Температура Дебая, К Магнитная восприимчивость, ед. СИ
Высоко- и среднеалмазоносные
Брекчии 11,1 2,7 0,3 1,2 3,1 3,0 10,7 284 571
Средне- и низкоалмазоносные
Брекчии 10,9 2,65 0,28 0,9 2,3 1,8 8,8 250 965
Низко- и неалмазоносные
Брекчии 11,9 2,58 0,25 1,0 2,5 1,7 8,7 261 732
Для сравнения петрофизических характеристик вмещающих пород и фазы АКБ трубки Комсомольской были использованы данные работы [Зинчук и др., 2002]. Достаточно контрастно от фазы АКБ отличается мощная неглубоко залегающая терригенно-карбо-натная толща нижнего ордовика по эффективной пористости (среднее значение —8%). Это определяет возможность выявления электромагнитных аномалий «трубочного» типа методом трехмерного магнитотел-
лурического зондирования. Он позволяет проводить отбраковку аномалий другой формы, связанных с силлами и дайками траппов, высокопроницаемыми зонами разломов [Сараев и др., 2003].
Выводы. 1. Петрофизические параметры могут служить основой для предварительного экспрессного оконтуривания фаз АКБ и ПК, поскольку они при керновом опробовании визуально часто плохо различимы (особенно в приконтактовых зонах).
2. Устанавливается закономерная связь изученных петрофизических параметров кимберлитов с уровнем их алмазоносности, что в значительной степени связано с условиями их формирования и преобразования, а также со структурой массива.
3. Сравнительная оценка кимберлитов трубки Комсомольской с другими кимберлитовыми телами района позволяет рекомендовать конкретный набор информативных петрофизических характеристик для предварительной прогнозной оценки алмазоносности
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бурмистров А.А., Гаранин К.В., Старостин В.И., Южа-ков Л.С. Сравнительный анализ петрофизических параметров порфировых кимберлитов трубки им. В. Гриба (Архангельская область) и Айхал (Якутия) // Геология алмазов — настоящее и будущее (геологи к 50-летнему юбилею г. Мирный и алмазодобывающей промышленности России). Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. С. 762—772.
Бурмистров А.А., Старостин В.И. Петрофизические характеристики и некоторые особенности строения и состава кимберлитовых полей и массивов Якутии // Изв. РАЕН. Секция наук о Земле. 2003. Вып. 10. С. 78—97.
Бурмистров А.А., Старостин В.И., Богуславский М.А., Самсонов П.А. Струкурно-петрофизические исследований массивов карбонатит-кимберлитового формационного ряда как основа для проведения работ на закрытых площадях // Проблемы прогнозирования и поисков месторождений алмазов на закрытых площадях // Мат-лы III региональной науч.-практ. конф. Мирный, 2008. С. 302—307.
Богацкий В.В. Пространственно-статистический анализ. М.: Недра, 1963. 160 с.
Зинчук Н.Н., Бондаренко А.Т., Гарат М.Н. Петрофи-зика кимберлитов и вмещающих пород. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. 685 с.
Зинчук Н.Н., Харькив А.Д. Коренные месторождения алмазов мира. М.: Недра, 1998. 555 с.
Козлов А.А. Радиоактивность кимберлитов и возможности их поисков гамма-спектрометрическим методом: Автореф. канд. дис. М., 1981.
и уровня эрозионного среза новых и ряда уже известных кимберлитовых объектов.
4. Отдельные петрофизические параметры кимберлитов и вмещающих пород достаточно контрастно различаются между собой по уровням их значений, поэтому их можно использовать для интерпретации геофизических аномалий при поисковых работах. Особенно эффективно аномалии «трубочного типа» фиксируются 3D методами (электро-, сейсмо- и магниторазведки).
Кудрявцева Г.П., Подгаецкий А.В., Гаранин К.В. и др. Минеральный состав и петрофизические свойства кимберлитов и родственных им пород Зимнего Берега // Изв. вузов. Геология и разведка. 2003. № 3. С. 29—35.
Милашев В.А. Структуры кимберлитовых полей. Л.: Недра, 1979. 238 с.
Сараев А.К., Пертель М.И., Никифоров А.Б. и др. Особенности проявления кимберлитовмещающего разлома в Накынском поле по данным АМТЗ // Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: ВГУ, 2003. С. 539—542.
Сараев А.К., Пертель М.И., Никифоров А.Б. и др. Возможности АМТЗ при поисках кимберлитовых трубок в Алакит-Мархинском поле // Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: ВГУ, 2003. С. 543—547.
Старостин В.И., Дергачев А.Л, Хркович К Структурно-петрофизический анализ месторождений. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994. 288 с.
Трухин В.И., Жиляева В.А. Магнитоминералогические свойства кимберлитов и траппов Якутии) // Геология алмазов — настоящее и будущее (геологи к 50-летнему юбилею г. Мирный и алмазодобывающей промышленности России). Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. С. 898—909.
Arnott F., Kostlin E. Ре1горИу81е8 of kimberlites // Canada. 8th Intern. Kimberlite Conference. Abstract, 2003.
Кафедра геологии и геохимии полезных ископаемых МГУ имени М.В. Ломоносова, Поступила в редакцию
А.А. Бурмистров, доц., канд. геол.-минер. н., 03.03.2009
e-mail: [email protected] М.А. Богуславский, аспирант, e-mail: [email protected]
