Минералы-спутники алмазов трубки Зарница: метод прогнозирования CLIPPIR алмазов в слабоалмазоносных кимберлитах

В статье рассмотрена геохимия минералов-спутников алмаза слабоалмазоносных трубок Карове (Ботсвана) и Зарница (Россия) – месторождений, содержащих гигантские CLIPPIR алмазы высокого качества и дорогостоящие. Представлен прогнозный метод геохимической аналогии составов минералов-спутников алмаза таких трубок, реализованный на основе вероятностной геостатистики (кластерный анализ). Методы 5Е диаграмм для четырех минералов-спутников алмаза – пиропов, пикроильменитов, хромитов и хромдиопсидов, и 4E диаграмм для пиропов могут быть использованы для прогнозирования крупных и гигантских «самородных» алмазов в слабоалмазоносных кимберлитах на этапах поиска и разведки месторождений алмазов в перспективных регионах России и мира.

1. Анастасенко Г. Ф., Масайтис В. Л. От трубки «Ягерсфонтейн» к трубке «Зарница» // Региональная геология и металлогения. – 2005. – № 26. – С. 28–33.

2. Ащепков И. В. Мантийные террейны Сибирского кратона: их взаимодействие с плюмовыми расплавами на основании термобарометрии и геохимии мантийных ксенокристов / И. В. Ащепков, А. С. Иванов, С. И. Костровицкий, М. А. Вавилов, С. А. Бабушкина, Н. В. Владыкин, Н. С. Тычков, Н. С. Медведев // Геодинамика и тектонофизика. – 2019. – Т. 10, № 2. – С. 197–245.

3. Ащепков И. В. Программа мантийных термометров и барометров-барометриков: использование для реконструкции и калибровки PT-методов // Вестник отделения наук о Земле РАН. – 2011. – Т. 3. NZ6008.

4. Гаранин В. К. Включения в алмазе и алмазоносные породы / В. К. Гаранин, Г. П. Кудрявцева, А. С. Марфунин, О. А. Михайличенко; под ред. А. С. Марфунина. – М. : Изд-во МГУ, 1991. – 239 с.

5. Герни Дж. Дж., Мур Р. О. Геохимическая корреляция между минералами кимберлитов и алмазами кратона Калахари // Геология и геофизика. – 1994. – С. 12–24.

6. Зинчук Н. Н., Коптиль В. И. Типоморфизм алмазов Сибирской платформы. – М. : Недра-Бизнесцентр, 2003. – 603 с.

7. Иванов А. С. Новый критерий алмазоносности кимберлитов // Труды XII Всероссийской (с международным участием) Ферсмановской сессии. – Апатиты : КНЦ РАН, 2015. – С. 268–270.

8. Иванов А. С. Статистический анализ составов индикаторных минералов кимберлитов // Труды XIV Всероссийской (с международным участием) Научной школы «Математические исследования в естественных науках». – Апатиты, 2017. – С. 173–182.

9. Масайтис В. Л. Геолком–ВСЕГЕИ: вклад в региональное прогнозирование, поиски и открытие месторождений алмазов / В. Л. Масайтис, А. Ф. Морозов, О. В. Петров, Ю. М. Эринчек // Эффективность прогнозирования и поисков месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50). – СПб., 2004. – С. 9–18.

10. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. – М. : Мир, 1968. – 408 с.

11. Орлов Ю. Л. Минералогия алмаза. 2-е изд. – М. : Наука, 1984. – 264 с.

12. Сарсадских Н. Н., Попугаева Л. А. Новые данные об ультраосновном магматизме на Сибирской платформе // Разведка и охрана недр. – 1955. – № 5. – С. 11–20.

13. Соболев В. С. Основные итоги научно-исследовательских работ и задачи в области прогнозирования алмазных месторождений // Геология и геофизика. – 1980. – Т. 12. – С. 3–11.

14. Соболев Н. В. О минералогических критериях алмазоносности кимберлитов // Геология и геофизика. – 1971. – № 3. – С. 70–80.

15. Соболев Н. В. Перспективы поисков алмазоносных кимберлитов в северо-восточной части Сибирской платформы / Н. В. Соболев, А. В. Соболев, А. А. Томиленко, Д. В. Кузьмин, С. А. Граханов, В. Г. Батанова, А. М. Логвинова, Т. А. Бульбак, С. И. Костровицкий, Д. А. Яковлев, Е. Н. Федорова, Г. Ф. Анастасенко, Е. И. Николенко, А. В. Толстов, В. Н. Реутский // Геология и геофизика. – 2018. – Т. 59, № 10. – С. 1701–1719.

16. Соболев Н. В., Логвинова А. М., Ефимова Э. С. Включения эклогитовых гранатов, обогащенных марганцем, в алмазах: свидетельство рециклирования земной коры // Докл. РАН. – 2013. – Т. 453, № 3. – С. 326–328.

17. Юзмухаметов Р. Н. Вклад геологов НИИГА в открытие якутских алмазов // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. – 2005. – № 4. – С. 11–14.

18. Ashchepkov I. Deep mantle roots of the Zarnitsa kimberlite pipe, Siberian craton, Russia: Evidence for multistage polybaric interaction with mantle melts / I. Ashchepkov, N. Medvedev, A. Ivanov, N. Vladykin, T. Ntaflos, H. Downes, A. Saprykin, A. Tolstov, M. Vavilov, G. Shmarov // Journal of Asian Earth Sciences. – 2021. – Vol. 213. – Pp. 104756.

19. Ashchepkov I. V. Alakit and Daldyn kimberlite fields, Siberia, Russia: Two types of mantle sub-terranes beneath central Yakutia? / I. V. Ashchepkov, A. M. Logvinova, T. Ntaflos, N. V. Vladykin, H. Downes // Geoscience Frontiers. – 2017. – Vol. 8. – Pp. 671–692.

20. Ashchepkov I. V. Composition and thermal structure of the lithospheric mantle beneath kimberlite pipes from the Catoca cluster, Angola / I. V. Ashchepkov, A. Y. Rotman, S. V. Somov, V. P. Afanasiev, H. Downes, A. M. Logvinova, S. Nossyko, J. Shimupi, S. V. Palessky, O. S. Khmelnikova, N. V. Vladykin // Tectonophysics. – 2012. – Vol. 530, 531. – Pp. 128–151.

21. Ashchepkov I. V. Deep-Seated Xenoliths from the Brown Breccia of the Udachnaya Pipe, Siberia. D. / I. V. Ashchepkov, T. Ntaflos, S. S. Kuligin, E. V. Malygina, A. M.Agashev, A. M. Logvinova, S. I. Mityukhin, N. V.Alymova, N. V. Vladykin, S. V. Palessky, O. S. Khmelnikova // In: G. Pearson et al. (eds.). Proceedings of 10th International Kimberlite Conference. – New Delhi : Springer India, 2013. – Vol. 1. – Pp. 59–74.

22. Ashchepkov I. V. Eclogite varieties and their positions in the cratonic mantle lithosphere beneath Siberian craton and Archean cratons worldwide / I. V. Ashchepkov, A. M. Logvinova, Z. V. Spetsius, H. Downes, T. Ntaflos, A. S. Ivanov, V. N. Zinchenko, S. I. Kostrovitsky, Y. I. Ovchinnikov // Minerals. – 2022. – Vol. 12, no. 11. – Pp. 1353.

23. Ashchepkov I. V. Interaction between protokimberlite melts and mantle lithosphere: Evidence from mantle xenoliths from the Dalnyaya kimberlite pipe, Yakutia (Russia) / I. V. Ashchepkov, T. Ntaflos, Z. V. Spetsius, R. F. Salikhov, H. Downes // Geoscience Frontiers. – 2017. – Vol. 8, iss. 4. – Pp. 693–710.

24. Ashchepkov I. V. Monomineral universal clinopyroxene and garnet barometers for peridotitic, eclogitic and basaltic systems / I. V. Ashchepkov, T. Ntaflos, A. M. Logvinova, Z. V. Spetsius, N. V. Vladykin // Geoscience Frontiers. – 2017. – Vol. 8, no. 4. – Pp. 775–795.

25. Ashchepkov I. V. Picroilmenites in Yakutian kimberlites: Variations and genetic models / I. V. Ashchepkov, N. V. Alymova, A. M. Logvinova, N. V. Vladykin, S. S. Kuligin, S. I. Mityukhin, H. Downes, Y. B. Stegnitsky, S. A. Prokopiev, R. F. Salikhov, S. V. Palessky, O. S. Khmelnikova // Solid Earth. – 2014. – Vol. 5, iss. 2. – Pp. 915–938.

26. Ashchepkov I. V. Problems of Mantle Structure and Compositions of Various Terranes of Siberian Craton / I. V. Ashchepkov, N. V. Vladykin, A. Ivanov, S. Babushkina, M. Vavilov, N. Medvedev // In: Vladykin N. (eds.) Alkaline Rocks, Kimberlites and Carbonatites: Geochemistry and Genesis. Springer Proceedings Earth Environmental Sciences. – Springer, Cham., 2021. – Pp. 15–48.

27. Ashchepkov I. V. Regularities and mechanism of formation of the mantle lithosphere structure beneath the Siberian Craton in comparison with other cratons / I. V. Ashchepkov, N. V. Vladykin, T. Ntaflos, H. Downes, R. Mitchell, A. P. Smelov, N. V. Alymova, S. I. Kostrovitsky, A. Ya. Rotman, G. P. Smarov, I. V. Makovchuk, Yu. B. Stegnisky, E. N. Nigmatulina, O. S. Khmelnikova // Gondwana Research. – 2013. – Vol. 23, no. 1. – Pp. 4–24.

28. Ashchepkov I. V. Structure and evolution of the lithospheric mantle beneath Siberian craton, thermobarometric study / I. V. Ashchepkov, N. P. Pokhilenko, N. V. Vladykin, A. M. Logvinova, S. I. Kostrovitsky, V. P. Afanasiev, L. N. Pokhilenko, S. S. Kuligin, L. V. Malygina, N. V. Alymova, O. S. Khmelnikova, S. V. Palessky, I. V. Nikolaeva, M. A. Karpenko, Y. B. Stagnitsky // Tectonophysics. – 2010. – Vol. 485. – Pp. 17–41.

29. Ashchepkov I. V. Thermobarometry of diamond inclusions: Mantle structure and evolution beneath Archean cratons and mobile belts worldwide / I. V. Ashchepkov, A. M. Logvinova, Z. V. Spetsius, H. Downes // Geosystems and Geoenvironment. – 2022. – Vol. 2, no. 2. – Pp. 100156.

30. Ashchepkov I. V. Trace element geochemistry of mantle xenoliths from Zarnitsa kimberlite pipe, Daldyn field, Yakutia: Complex history of melts interactions with lithospheric mantle / I. V. Ashchepkov, N. Ntaflos, N. S. Medvedev, G. P. Shmarov // Geosystems and Geoenvironment. – 2024. – Pp. 100313.

31. Ballhaus C., Berry R. F., Green D. H. High pressure experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer: implications for the oxidation state of the upper mantle // Contributions to Mineralogy and Petrology. – 1991. – Vol. 107. – Рp. 27–40.

32. Brey G. P., Köhler T. Geothermobarometry in fourphase lherzolites II. New thermobarometers, and practical assessment of existing thermobarometers // Journal of Petrology. – 1990. – Vol. 31, no. 6. – Pp. 1353–1378.

33. Chinn I. Deciphering the history of CLIPPIR diamonds from their morphology and surface features // International Kimberlite Conference. – 2024. – Vol. 12.

34. Davies R. M. Inclusions in diamonds from the K14 and K10 kimberlites, Buffalo Hills, Alberta, Canada: diamond growth in a plume? / R. M. Davies, W. L. Griffin, S. Y. OʼReilly, T. E. McCandless // Lithos. – 2004. – Vol. 77, no. 2. – Pp. 99–111.

35. Davies R. M. Mineral inclusions and geochemical characteristics of microdiamonds from the DO27, A154, A21, A418, DO18, DD17 and Ranch Lake kimberlites at Lac de Gras, Slave Craton, Canada / R. M. Davies, W. L. Griffin, S. Y. OʼReilly, B. J. Doyle // Special Issue: Selected papers from the 8th IKC, Victoria, BC, Canada, 22–27 June 2003. – 2004. – Vol. 2. – Pp. 39–55.

36. Dawson J. B., Stephens W. E. Statistical classification of garnets from kimberlites and xenoliths // Journal of Geology. – 1975. – Vol. 83, no. 5. – Pp. 589–607.

37. Day H. W. A revised diamond-graphite transition curve // American Mineralogist. – 2012. – Vol. 97. – Pp. 52–62.

38. Griffin W. L., Ryan C. G. Trace elements in indicator minerals: Area selection and target evaluation in diamond exploration // Journal of Geochemical Exploration. – 1995. – Vol. 53. – Pp. 311–337.

39. Gudmundsson G., Wood B. J. Experimental tests of garnet peridotite oxygen barometry // Contributions to Mi¬¬neralogy and Petrology. – 1995. – Vol. 119. – Pp. 56–67.

40. Gurney J. J., Zweistra P. The interpretation of the major element compositions of mantle minerals in diamond exploration // Journal of Geochemical Exploration. – 1995. – No. 53. – Рp. 293–309.

41. Jenkins D. M., Newton R. C. Experimental determination of the spinel peridotite to garnet peridotite inversion at 900 °C and 1,000 °C in the system CaO–MgO–Al2O3– SiO2, and at 900 °C with natural garnet and olivine // Contributions to Mineralogy and Petrology. – 1979. – Vol. 68. – Pp. 407–419.

42. Kennedy C. S., Kennedy G. C. The equilibrium boundary between graphite and diamond // J. Geophys. Res. – 1976. – Vol. 81. – Pp. 2467–2470.

43. Krogh E. J. The garnet-clinopyroxene Fe-Mg geothermometer – a reinterpretation of existing experimental data // Contrib. Mineral. Petrol. – 1988. – Vol. 99. – Pp. 44–48.

44. Lavrent’ev Y. G. Electron probe microanalysis of rock-forming minerals with a JXA-8100 electron probe microanalyzer / Y. G. Lavrent’ev, V. Korolyuk, L. Usova, E. Nigmatulina // Russian Geology and Geophysics. – 2015. – Vol. 56. – Pp. 1428–1436.

45. Lepekhina E. N. SHRIMP U-Pb zircon ages of Yakutian kimberlite pipes / E. N. Lepekhina, A. Y. Rotman, A. V. Antonov, S. A. Sergeev // 9th IKC Extended Abstracts. – Frankfurt, 2008. – No. 9.

46. McCammon C. A. Oxidation during metasomatism in ultramafic xenoliths from the Wesselton kimberlite, South Africa: implications for the survival of diamond / C. A. McCammon, W. L. Griffin, S. R. Shee, H. S. O’Neill // Contributions to Mineralogy and Petrology. – 2001. – Vol. 141, no. 3. – Pp. 287.

47. McGregor I. D. The system MgO–SiO2–Al2O3: solubility of Al2O3 in enstatite for spinel and garnet peridotite compositions // American Mineralogy. – 1974. – Vol. 59. – Pp. 110–119.

48. Mikhailenko D. S. Origin of graphite–diamond-bearing eclogites from Udachnaya kimberlite pipe / D. S. Mikhailenko, S. Aulbach, A. V. Korsakov, A. V. Golovin, E. V. Malygina, A. Gerdes, A. S. Stepanov, Y. G. Xu // Journal of Petrology. – 2021. – Vol. 62, no. 8. – egab033.

49. Mitchell R. H. Kimberlites: mineralogy, geochemistry and petrology. – New York : Plenum Press, 1986. – 442 р.

50. Moore A. E. The origin of large irregular gem-quality type II diamonds and the rarity of blue type IIb varieties // South African Journal of Geology. – 2014. – Vol. 117, no. 2. – Pp. 219–236.

51. Moore A. E. Type II diamonds: flamboyant megacrysts // South African Journal of Geology. – 2009. – Vol. 112. – Pр. 23–38.

52. Moore A. E., Helmstaedt H. Evidence for two blue (type IIb) diamond populations // Nature. – 2019. – Vol. 570. – E26–E27.

53. Motsamai T. Mineral inclusions in diamonds from Karowe Mine, Botswana: super-deep sources for supersized diamonds? / T. Motsamai, J. W. Harris, T. Stachel, D. G. Pearson, J. Armstrong // Mineralogy and Petrology. – 2018. – Vol. 112, suppl. 1. – Pp. 169–180.

54. Nimis P., Taylor W. Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Pt I // Calibration and testing of a Cr-in-Cpx barometer and an enstatite-in-Cpx thermometer Contributions to Mineralogy and Petrology. – 2000 – Vol. 39, no. 5. – Pp. 541–554.

55. O’Neill H. S. C., Wall V. J. The olivine orthopyroxenespinel oxygen geobarometer, the nickel precipitation curve, and the oxygen fugacity of the Earth’s upper mantle // Journal of Petrology. – 1987. – Vol. 8. – Pp. 1169–1191.

56. O’Neill H. S. C., Wood B. J. An experimental study of Fe-Mg-partitioning between garnet and olivine and its calibration as a geothermometer // Contributions Mineralogy and Petrology. – 1979. – Vol. 70. – Pp. 59–70.

57. O’Reilly S. Y., Griffin W. L. A xenolith derived geotherm for southeastern Australia and it’s geological implications // Tectonophysics. – 1985. – Vol. 111. – Pp. 41–63.

58. Pearson D. G. Archaean Re-Os age for Siberian eclogites and constraints on Archaean tectonics / D. G. Pearson, G. A. Snyder, S. B. Shirey, L. A. Taylor, R. W. Carlson, N. V. Sobolev // Nature. – 2005. – Vol. 374. – Pp. 711–713.

59. Pearson D. G. The age of continental roots // Lithos. – 1999. – Vol. 48. – Pp. 171–194.

60. Phillips D., Harris J. W., Viljoen K. S. Mineral chemistry and thermobarometry of inclusions from De Beers Pool diamonds, Kimberley, South Africa // Lithos. – 2004. – Vol. 77, no. 2. – Pp. 155–179.

61. Pollack H. N., Chapman D. S. On the regional variation of heat flow, geotherms, and lithospheric thickness // Tectonophysics. – 1977. – Vol. 38. – Pp. 279–296.

62. Ryan C. G., Griffin W. L., Pearson N. J. Garnet geotherms: Pressure-temperature data from Cr-pyrope garnet xenocrysts in volcanic rocks // J. Geophys. Res. B. – 1996. – Vol. 101, no. 3. – Pp. 5611–5625.

63. Schulze D. J. A classification scheme for mantlederived garnets in kimberlite: a tool for investigating the mantle and exploring for diamonds // Lithos. – 2003. – Vol. 71. – Pp. 195–213.

64. Shatsky V. S. Diamondiferous subcontinental lithospheric mantle of the northeastern Siberian Craton: Evidence from mineral inclusions in alluvial diamonds / V. S. Shatsky, D. A. Zedgenizov, A. L. Ragozin, V. V. Kalinina // Gondwana Research. – 2015. – Vol. 28. – Pp. 106–120.

65. Sobolev N. V. Chrome-Rich Garnets from the Kimberlites of Yakutia and Their Parageneses / N. V. Sobolev, Y. G. Lavrentev, N. P. Pokhilenko, L. V. Usova // Contributions to Mineralogy and Petrology. – 1973. – Vol. 40. – Pp. 39–52.

66. Sobolev N. V. Deep-Seated Inclusions in Kimberlites and the Problem of the Composition of the Upper Mantle // American Geophysical Union, Washington, D.C. – 1977. – 279 p.

67. Stagno V. The oxidation state of the mantle and the extraction of carbon from Earth’s interior / V. Stagno, D. O. Ojwang, C. A. McCammon, D. J. Frost // Nature. – 2013. – Vol. 493, no. 7430. – Pp. 84–88.

68. Stagno V., Frost D. J. Carbon speciation in the asthenosphere: Experimental measurements of the redox conditions at which carbonate-bearing melts coexist with graphite or diamond in peridotite assemblages // Earth and Planetary Science Letters. – 2010. – Vol. 300, no. 1, 2. – Pp. 72–84.

69. Stephens W. E., Dawson J. B. Statistical comparison between pyroxenes from kimberlites and their associated xenoliths // The Journal of Geology. – 1977. – Vol. 85, no. 4. – Pp. 433–449.

70. Taylor W. R., Kammerman M., Hamilton R. New thermometer and oxygen fugacity sensor calibrations for ilmenite and chromium spinel-bearing peridotitic assemblages // 7th International Kimberlite Conference. Extended abstracts Cape Town. – 1998. – Pp. 891–901.

71. Wyatt B. A. Compositional classification of «kimberlitic» and «non-kimberlitic» ilmenite / B. A. Wyatt, M. Baumgartner, E. Anckar, H. Grutter // Lithos. – 2004. – Vol. 77. – Pp. 819–840.

72. Zedgenizov D. Eclogitic diamonds from variable crustal protoliths in the northeastern Siberian craton: trace elements and coupled δ13C–δ18O signatures in diamonds and garnet inclusions / D. Zedgenizov, D. Rubatto, V. Shatsky, A. Ragozin, V. Kalinina // Chem. Geol. – 2016. – Vol. 422. – Pp. 46–59.

73. Zinchenko V. N., Ivanov A. S. Simulation of physicalgeochemical parameters of crystallization of large type IIa diamonds from parasteresis of their satellite minerals // Journal of science Lyon. – 2021. – Vol. 1, no. 17. – Pp. 9–14.

74. Zinchenko V. N., Ivanov A. S., Ashchepkov I. V. Composition of the Diamond Indicator Minerals on the Mitchell Chart–Criteria of CLIPPIR Diamonds in Kimberlites and Conditions of their Mantle Crystallization // Acta Geologica Sinica. – 2021. – Vol. 95 (S1). – Pp. 121–124.