Импактная гипотеза и проблемы алмазности Урала
Урал - одна из мировых алмазных провинций, в которой промышленные концентрации алмазов находятся в россыпях преимущественно на его западном склоне. Уже со времени обнаружения здесь первых алмазов в 1829 г. исследователями высказывалась мысль о сходстве уральских алмазопроявлений с бразильскими. В настоящее время многие исследователи проводят аналогию между этими двумя типами. В то же время продолжает оставаться нерешенной главная проблема алмазоносности Урала - вопрос о коренных источниках уральских алмазов.
В процессе интенсивных поисков коренных источников алмазов на Урале появилась концепция промежуточных коллекторов, в которых могла аккумулироваться часть алмазов из их разрушенных материнских источников. Основным таким коллектором в Красновишерском районе многие исследователи считают кварцевые песчаники такатинской свиты нижнего девона. В.А.Езерским и Е.В. Молчановой в качестве промежуточного коллектора с промышленными концентрациями алмазов рассматривается также колчимская свита нижнего силура. Однако, по мнению авторов, "этому варианту генезиса месторождений алмазов противоречат два факта: 1 - алмазоносными являются не сами песчаники, а содержащиеся в них тела глин; 2 - кроме алмазов в глинах содержатся минералы-спутники алмазов, которые не могли сохраниться в условиях формирования кварцевых песчаников".
Изначально исследователями предполагались два возможных альтернативных коренных источника алмазов на Урале - кимберлиты и породы платиноносной габбро-перидотитовой формации. По словам А.А.Кухаренко (1955), "кимберлитовую" точку зрения так же трудно опровергнуть, как и доказать, поскольку наличие кимберлитов или близких к ним по условиям образования пород не установлено не только на Среднем Урале, но и на всей обширной территории Урала и прилегающих к нему регионов. По данным В.С.Трофимова (1967), типичные кимберлиты не обнаружены ни в одной фанерозойской складчатой системе мира. Исключением на данное время является специфичный хартесский кимберлитовый комплекс на западном склоне Приполярного Урала (И.Л.Махоткин, Ю.А. Подкуйко, 1998; Л.И. Лукьянова, 1998). А.А.Кухаренко полагает, что уральские алмазы ассоциируют с изверженными породами платиноносной габбро-перидотитовой формации Урала, в которой алмазоносны наиболее основные породы малых интрузий Западной зоны или породы краевой фации интрузий Главной зоны платиноносной формации. Эта точка зрения легко опровергается сторонниками кимберлитовой концепции. К тому же известно, что прямые указания на непосредственную алмазоносность ультраосновных пород очень редки, а в ряде случаев (расслоенный массив Бени-Бушера, Марокко В.В. Слодкевич, 1982) заключенные в них алмазы практически полностью графитизированы.
В настоящее время на западном склоне Урала на первое место выдвигается принципиально новый туффизитовый тип коренной алмазоносности. Концепция туффизитовых лампроитов, сменившая концепцию промежуточных коллекторов, в настоящее время доминирует. Она базируется на данных многочисленных исследователей, указывающих на эксплозивную природу уральских алмазоносных комплексов. На основании имеющегося материала А.Я.Рыбальченко предложена модель ФЗЭС (ФЭС) - флюидизатно-эксплозивных структур уральского типа. Однако и эта концепция разделяется далеко не всеми исследователями. Так, по мнению авторов, идею о туффизитовой природе алмазоносных пород Красновишерских месторождений нельзя считать убедительной по трем причинам: 1) на западном склоне Урала отсутствуют проявления лампроитового магматизма; 2) алмазоносные породы Красновишерских месторождений представлены глинами с примесью песчаного материала, заимствованного из кварцевых песчаников; глинистая компонента этих пород на 80% состоит из иллита, и магматогенные минералы в ней отсутствуют; 3) тела алмазоносных глин наблюдаются только в кварцевых песчаниках и полностью отсутствуют в карбонатных породах, что не согласуется с эруптивной природой туффизитов.
В.Н. Анфилогов, А.Г. Кораблев, Л.Я. Кабанова взамен туффизитовой предлагают свою модель, согласно которой тела алмазоносных глин представляют собой тектонические инъекции погребенных кор выветривания гипотетических кимберлитов в кварцевые песчаники, мобилизованные в результате образования трещин отрыва в осадочном чехле и выдавливания в них глин при движении по его поверхности некой гипотетической тектонической пластины. Однако, несмотря на то что вывод названных авторов о принадлежности алмазоносных глин к коре выветривания кимберлитов согласуется с данными А.Д. Савко и др. (1997) о синхронности эпох мощного корообразования и кимберлитового магматизма и с им-пактной моделью автора настоящей статьи, эту новую модель также нельзя признать состоятельной, поскольку она не учитывает взбросо-сдвиго-надвиговую клавишную структуру алмазоносных Красновишерских месторождений и признаки высокоэнергетического взрывного процесса в туффизитах.
В последнее время появилась новая модель "одноосного горизонтального сжатия с изгибом" Ю.А.Кисина и др., претендующая на роль инструмента для решения проблемы источника уральских алмазов. Авторы модели оперируют гипотетическим механизмом возникновения зон растяжения и сжатия в коллизионном процессе движения столь же гипотетической литосферной плиты, пытаясь применить его для решения проблемы образования кимберлитовых трубок взрыва. Но данная модель приемлема лишь при условии справедливости общей геодинамической (субдукционной) модели Урала, которая признается не всеми исследователями, а по мнению автора данной статьи, несостоятельна, так как не учитывает минералогические особенности пород эклогит-глаукофансланцевого пояса Урала, в частности присутствие в них ассоциации коэсит+алмаз+лонсдейлит.
Авторы отмечают, что, согласно их модели, западный склон Урала и Предуральский краевой прогиб не могут быть алмазоносными территориями. Условиям модели отвечает лишь восточная окраина Восточно-Европейской платформы. Из этого следует, что коренные источники уральских алмазов должны были располагаться на западе, как полагал в свое время В.С. Трофимов (1967) и считают в настоящее время другие исследователи (Степанов, Сычкин, 1989; Сычкин, 1995 и др.). Однако и это предположение не приемлемо, так как противоречит палеогеографическим данным. В то же время большинство исследователей убеждены в местном характере материнских источников алмазов на Урале. Так, сторонники концепции промежуточных коллекторов В.А. Езерский и Е.В. Молчанова сообщают, что имеющиеся данные по Северному Уралу предполагают существование близко расположенных коренных источников, причем у них не вызывает сомнений кимберлитовое происхождение алмазов и минералов-спутников. Последнее согласуется с мнением многих других исследователей. Однако вся 170-летняя история геологических изысканий так и не привела к открытию на Урале алмазоносных кимберлитов. В свою очередь, сторонники туффизитовой природы алмазоносных комплексов Урала (А.Я. Рыбальченко, Т.М. Рыбальченко, И.И. Чайковский, Г.Г. Морозов и др. полагают, что именно лампроитовые туффизиты были коренным источником уральских алмазов.
Подводя итог краткому рассмотрению состояния проблемы алмазоносности Урала, имеющей принципиальное значение, можно констатировать, что существующие модели образования алмазоносных пород дискуссионны. Накопленный в последние годы материал позволяет подойти к решению этой проблемы с принципиально иных позиций. Приводимые некоторыми исследователями данные (Т.М. Рыбальченко, И.И. Чайковский, А.Я. Рыбальченко и др. ) свидетельствуют об имевшем место высокотемпературном взрывном процессе с проявлением шок-метаморфизма пород и минералов. Это позволяет вновь обратиться к импактной гипотезе, неоднократно высказывавшейся ранее.
Урал, по мнению автора, является фрагментом внешнего кольцевого структурного поднятия двух сопряженных друг с другом гиаблем Западно-Сибирской и Казахстанской, возникших на рубеже средней и поздней юры за счет последовательного выпадения трех космических тел. Это уплощенные многокольцевые бассейны с волновой природой чередующихся кольцевых поднятий и прогибов. Периферией этих структур служит Предуральский краевой прогиб, являющийся фрагментом их передового кольцевого желоба.
По имеющимся геофизическим данным Урал можно рассматривать как бескорневую (экзогенную) структуру, наложенную на единое платформенное основание и сформировавшуюся в результате мощных тангенциальных усилий, действовавших в направлении с востока на запад. Его формирование представляется геологически мгновенным (длительность процесса порядка 10 мин.), с последовавшей затем длительной постимпактной модификацией в более поздние эпохи. Зона миогеосинклинали (Предуральский прогиб, Центрально-Уральское поднятие) представляет собой деформированный цоколь структуры (цокольный комплекс), зона эвгеосинклинали вместе с продуктами мезозойской тектономагматической активизации отвечает области распространения продуктов импактного процесса (коптогенный комплекс). Главный Уральский глубинный разлом рассматривается как граница цокольного и коптогенного комплексов.
Офиолитовые комплексы Урала, согласно гипотезе, являются фрагментами космических тел-ударников, перемещенными взрывами на периферию структур. При этом альпинотипная ассоциация офиолитов отнесена к наземной фации центробежного донного потока, платиноносная - к баллистической фации взрывного облака.
Алмазоносность Уральского региона рассматривается как один из критериев его импактного происхождения: алмазоносность свойственна многим известным астроблемам (Попигайской, Пучеж-Катункской, Карской, Рисской и др.) и служит одним из их диагностических признаков. К тому же, по мнению автора, все известные типы алмазоносности в земной коре, включая кимберлитовый, возникли в результате ударно-взрывного процесса и представляют собой подтипы единого импактного типа. Это согласуется с выводом об общей эклогитовой природе естественных алмазов и коровой природе уральских эклогитов. Однозначным критерием импактной природы Урала, по мнению автора, можно считать также Уральский эклогит-глаукофансланцевый пояс с его характерным минеральным парагенезисом коэсичч-алмаз+лонсдейлит.
В общем виде проблема уральских алмазов в рамках импактной модели решается следующим образом. Прежде всего, привлекает внимание их анизотропия. По свидетельству А-А-Кухаренко (1955), среди более чем двухсот исследованных кристаллов из различных месторождений не было обнаружено ни одного случая полной изотропии. Это свидетельствует о том, что кристаллы алмаза уже в момент кристаллизации испытали высокие нагрузки, которые можно связать с динамическим воздействием предполагаемого импактного события. По данным А.М-Люхина скорость роста кристаллов алмаза в этих условиях достигает 1800 км/ч.
Судя по набору признаков (шок-метаморфизм пород и минералов, признаки сильного нагрева - до 1900-2800шС, присутствие армолколита, расплавных сферул вюстита, самородных железа, ванадия, кремния и алюминия, карбидов ванадия, железа и алюминия, алюмо- и титаносиликатных стекол, различных шлаков в ассоциации с муассанитом и др.), сложный комплекс алмазоносных туффизитов Западного Урала можно отнести к аллогенным импактным брекчиям аэродинамической фации (взрывного облака), насыщенным дезинтегрированным веществом ударников, алмазоносных пород различного состава и отдельными кристаллами алмаза, перемещенным взрывами из центральных частей Западно-Сибирской и Казахстанской гиаблем на их периферию на расстояние в несколько сотен километров. Эти образования в режиме снижающихся остаточных температур и последующего воздействия физических и химических факторов, частичного размыва и переотложения претерпели соответствующие изменения и приобрели современный облик.
Аналогия алмазоносных уральских туффизитов и бразильских филлитов свидетельствует об общности их природы, а находки в филлитах стишовита в ассоциации с перовскитом служат еще одним подтверждением импактной природы и тех и других. По мнению автора, наличие стишовита позволяет предположить присутствие изофациального ему лонсдейлита среди алмазов филлитов и предсказать возможность выявления аналогичного парагенезиса среди уральских туффизитов. Помимо этого, можно ожидать наличие в них ассоциации алмаз+коэсит вслед за ее выделением в аналогах уральских туффизитов на Тимане (А.Б.Макеев и др.). Подобная ассоциация может рассматриваться как вторичная: термически неустойчивый стишовит при высоких остаточных температурах обычно переходит в коэсит (Е.П. Гуров, Е.П.Гурова, 1991), который затем может заместиться кварцем; в то же время гексагональный лонсдейлит переходом типа "сфалерит - вюртцит" может быть преобразован в кубический алмаз (А.В.Курдюмов и др., 1980).
На основании работ можно предположить три вероятных источника уральских алмазов, располагавшихся в центральных частях Западно-Сибирской и Казахстанской гиаблем: 1) кимберлитовые (лампроитовые) диатремы во взорванном платформенном чехле; 2) породы космогенной габбро-перидотатовой платиноносной ассоциации типа алмазоносных уреилитов; 3) угле- и графитсодержащие породы "мишени", включая эклогиты и графитовые гнейсы.
Это предположение подтверждается данными Б.С. Лунева и Б.М. Осовецкого по морфологическим типам уральских алмазов, согласно которым мелкие алмазы формировались в широком термодинамическом диапазоне, отвечающем условиям в кимберлитах, лампроитах, эклогитах, пикритах, гнейсах и астроблемах, и относятся к трем главным типам: 1) с преобладанием октаэдрических кристаллов и сколков кимберлитового и лампроитового типов; 2) с преобладанием кубических кристаллов и сколков некимберлитового (перидотитового - Г.К.) типа; 3) с обилием "сланцеватых" алмазов импактитов. Как уже отмечалось, согласно импактным моделям автора А.М.Люхина, все эти типы алмазов можно рассматривать как подтипы единого космогенного (импактного) типа.
Во всех уральских россыпях совместно с преобладающими кристаллами без следов механической обработки (92-95%) присутствуют "аллювиальные" алмазы с явными следами износа (А.А. Кухаренко, 1955, 1966 и др.). По данным В.А. Езерского и Е.В. Молчановой, количество таких алмазов в россыпи месторождения Волынка достигает 30%, а на единичные кристаллы накладывается коррозия. Совместное нахождение сильно изношенных и свежих кристаллов объясняется особенностями их аэродинамической взрывной транспортировки: первые транспортировались во взрывном облаке в свободном состоянии, испытав интенсивную эоловую обработку, вторые - внутри обломков алмазоносных пород, впоследствии разложившихся и высвободивших заключенные в них свежие кристаллы.
Важное значение при решении проблемы алмазоносности Западного Урала имеет расшифровка природы структур известных месторождений алмазов. В рамках "туффизитовой" модели А-Я-Рыбальченко предполагается, что образование взрывных ФЗЭС связано с "мезозойско-кайнозойской постколлизионной активизацией эмбриональных рифтогенных клавишных структур", а "горстоподобные поднятия сопряженных блоков благоприятствовали формированию зон растяжения и подсосу флюидов".При этом за эталонное принимается Полюдово-Колчимское поднятие (антиклинорий), включающее Колчимскую, Тулым-Парминскую, Красновишерскую ФЭС и др. Отмечается, что формирование Колчимской ФЭС "предварялось становлением горст-антиклинального поднятия штампового характера, обусловленного воздыманием блока фундамента по серии субкольцевых разломов глубинного заложения, сопряженных близ поверхности с покровной структурой и межслоевыми чешуйчатыми надвигами", с прохождением мощной ударной волны через сводовую часть структуры.
Между тем ранее район Полюдово-Колчимского поднятия описан как совокупность импактных горстов, сопровождавших образование Западно-Сибирской гиаблемы и характерных именно для периферических частей и ближайшего обрамления известных астроблем, где кроме горстов и одновременно с ними формируются также импактные диатремы и зоны площадного дробления. Механизм образования этих структур на примере Попигайской астроблемы подробно рассмотрен А-С.Вишневским и обусловлен особенностями прохождения затухающей ударной волны, распространяющейся в двухслойной мишени, аналогичной Уральской, в двухфронтальном режиме. С учетом этого механизма Г.Н. Кузовковым и Л.А. Коршуновой была предложена альтернативная импактная модель алмазоносных ФЗЭС уральского типа.
В указанном режиме, согласно , ударная волна распадается на две составляющие: упругий предвестник (УП) и пластическую составляющую (ПС). В общем виде этот процесс представляется следующим. Фронт УП движется со скоростью звука в данной среде и имеет амплитуду ударного давления, соответствующую динамическому пределу упругости для данной породы. Пластическая составляющая обладает более высоким ударным давлением, но движется медленнее, чем УП. Под влиянием свободной поверхности и двучленного строения мишени ударная волна на периферии астроблемы быстрее затухает в породах чехла, чем в кристаллическом фундаменте. В результате по мере распространения возмущения в породах чехла вначале формируется область отхода от поверхности повышенных ударных давлений (ПС), а затем и область полного отхода ударной волны (УП).
После отхода от поверхности ударная волна некоторое время распространяется в породах фундамента в "погребенном" варианте и, наконец, угасает в последних, производя соответствующие разрушения. В условиях затухания приповерхностных движений локальные области разреза пород мишени, ослабленные доимпактной тектоникой, оказывались теми "окнами проницаемости", через которые происходили взрывное внедрение брекчий и быстрое выдвижение горстов под действием импульсов от "погребенной" ударной волны. Участки площадных дислокаций объясняются как обширные "окна проницаемости", в пределах которых импульсы из пород фундамента приводили лишь к блоковой фрагментации.
Описанным механизмом можно объяснить все особенности ФЭС уральского типа: становление горст-антиклинальных поднятии штампового характера, их клавишную структуру и т.д. Сочетанием горизонтальных перемещений пород и вертикальных движений можно объяснить сопряженность взбросов глубинного заложения с покровными структурами и межслоевыми чешуйчатыми надвигами. По мнению автора, с этим же механизмом в "дальней области затухания" можно связать образование соляных куполов, карбонатных рифов и т.п. При этом опережающее развитие указанных структур обусловлено большей скоростью распространения дислокаций в породах мишени относительно скорости перемещения аллогенного алмазоносного материала (туффизитов) взрывного облака, который может давать инъекции в уже существующие открытые полости, формируя инъекционный комплекс астроблемы (гиаблемы).
Особое значение в этом процессе имеет возможность образования импактных диатрем. Несколько вероятных объектов этого типа на Западном Урале выделено автором ранее в районе городов Красноусольск - Аша. Диаметр структур составляет 3-15 км, они выполнены нижнетриасовыми молаесоидами, развитыми среди нижнепермских отложений. Морфологически это сложные депрессионные понижения с приподнятой центральной частью. Эти объекты в качестве возможных импактных диатрем не изучались. Не исключено, что некоторые из них алмазоносны.
Дальнейшие преобразования пород будут относиться к этапу постимпактной псевдовулканической активности, в который высоконагретые (до 270шС) метеорные воды формируют гидротермальную систему со снижающимися параметрами, а трещинные структуры служат каналами выхода эндогенных флюидов. С этим процессом можно связать появление концентраций различных металлов и аргиллизацию туффизитов.
Принципиальное значение имеет вопрос о влиянии описанных процессов на формирование кристаллов алмаза в месторождениях. Как видно из изложенного, подавляющая часть алмазов уральских месторождений должна быть ксеногенной, претерпевшей дальнюю взрывную транспортировку, а "аллювиальные" алмазы - мощную эоловую обработку во взрывном облаке и последующую коррозию в агрессивной среде туффизитов. Тела алмазоносных глин среди песчаников такатинской свиты при этом могут представлять собой продукт тонкой импактной дезинтеграции исходных пород - горную муку, насыщенную ксеногенным материалом и преобразованную последующими процессами.
Рассмотренные особенности, по мнению автора, позволяют считать уральские алмазоносные туффизиты, как и их бразильские аналоги - филлиты, лишь псевдокоренными источниками алмазов, а признаки близко расположенных коренных источников алмазов кимберлитового типа - ложными. Вместе с тем обращает на себя внимание аномально высокий (80%) выход ювелирных сортов красновишерских алмазов. Это наводит на мысль о возможном присутствии в туффизитах наряду с ксеногенными аутигенных алмазов метастабильной фазы, обусловленной постимпактным флюидным режимом.
Безусловно, этот важный вопрос требует специальных исследований, при которых необходимо учесть широкий диапазон термодинамических условий кристаллизации алмаза (М.А. Гневушев, 1972; Ю.Л. Орлов, 1973; В.С.Трофимов, 1980 и др.), а также эклогитовую природу естественных алмазов, согласно М.Д. Евдокимову и др.. По мнению М.С. Рапопорта и Г.Н. Кузовкова 112, наличие аутигенных (ювелирных) кристаллов алмазов метастабильной фазы можно ожидать в алмазоносных диатремах, где мог иметь место постимпактный флюидный режим; в туффизитах же покровной (аллогенной) фации возможно присутствие лишь ксеногенных кристаллов указанных выше типов.
Таким образом, вопрос о коренных источниках алмазов уральских россыпей в рамках импактной гипотезы решается, к сожалению, негативно. В то же время, согласно импактной моделям, можно ожидать коренные месторождения алмазов кимберлитового (лампроитового) типа в западном платформенном обрамлении Урала, где уже известны или прогнозируются объекты этого типа. Однако они не могут иметь никакой связи с уральскими россыпями. В пределах же складчатого Урал, можно ожидать промышленные объекты метаморфогенного кумдыкольского типа (мелкие технические алмазы) в связи с эклогит-глаукофансланцевыми (максютовский, парусшорский и др.) и метаморфическими (уфалейский, сысертско-ильменогорский и др.) комплексами.
Практическая значимость других типов коренной алмазоносности (ударно-метаморфогенный, кимберлит-лампроитовый, перидотитовый, пикритовый и др.) представляется весьма маловероятной. При этом не исключены случайные находки промышленных объектов кимберлитового типа в тектонических блоках доимпактного платформенного чехла, перемещенных взрывами из центральных частей Западно-Сибирской и Казахстанской гиаблем. Не исключены также находки алмазоносных импактных диатрем, поскольку, подобные объекты возникают не только по периферии и в обрамлении астроблем, но и в их внутренних частях, где они затушеваны движением потока перемещенного вещества. Вероятно, к этому типу объектов (по данным Д.А. Венкова, 1999) относится диатрема, вмещающая уникальное месторождение цинка Шаймерден в Валерьяновской зоне Тургайского прогиба.