Магнетизм кимберлитов и траппов некоторых районов Якутии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ МАГШТОМШ1ЕРМОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КИМБЕРЛИТОВ И ТРАППОВ (по литературным данным).

I-I. Краткая геолого-геофизическая характеристика объекта исследования

1-2. Минералогические исследования ферримагнитной фракции кимберлитов.II

1-3. Вопросы интерпретации магнитных аномалий над кимберлитовыми телами и траппами

1-4. Постановка задачи

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2-1. Образцы.

2-2. Минералогические исследования

2-3. Методика магнитных исследований

2-4. Аппаратура.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ (изотермических и термомагнитных) ИССЛЕДОВАНИЙ

3-1. Изотермические и палеомагнитные характеристики пород

3-2. Термомагнитные исследования кимберлитов

3-3. Исследование кимберлитов методом кинетических констант

3-4. Термомагнитные исследования траппов

3-5. Обсуждение результатов по главе 3.

Глава 4. САМООБРАЩЕНИЕ ТЕРМООСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ

4-1. Краткое введение в проблему самообращения термоостаточной намагниченности

4-2. Полное самообращение термоостаточной намагниченности кимберлитов . III

4-3. Частичное самообращение термоостаточной намагниченности траппов

Данные о магнитных свойствах горных пород и минералов содержат ценную научную информацию об условиях происхождения и развития горных пород, их вторичных изменениях, о магаитоминералогических процессах и динамике химических превращений ферримагнит-ных минералов. Э ти данные широко используются при проведении палеомагнитных исследований, при интерпретации магнитных аномалий и при решении многих других геолого-физических проблем.

Особый интерес представляет изучение магнитных свойств магматических пород, внедрившихся в верхние слои земной коры в результате поступления магмы из глубинных источников, расположенных в верхней мантии Земли. Исследование вещественного состава и различных физических свойств таких пород и минералов представляет уникальную возможность для познания свойств пород, слагающих верхнюю мантию. К наиболее глубинным породам, из охваченных магматизмом, который дает внедрения, доступные для непосредственного изучения, относятся кимберлиты, слагающие в значительной степени кимберлитовые алмазоносные трубки. Изучение кимберлитов, помимо научного, имеет также большой практический интерес в связи с тем, что они являются основными естественными источниками алмазов для промышленности.

Исследования кимберлитов, в том числе их магнитных свойств, проводятся в течение длительного времени. Однако, как показывает анализ соответствующей научной литературы, при проведении магнитных исследований практически не использовались современные, очень информативные методы магнетизма горных пород. Поэтому,как правило, исследователи ограничивались только измерением естественной остаточной намагниченности 1п и начальной магнитной восприимчивости ^о . Практически не изученными (за исключением ильменитов) оставались ферримагнитные минералы - основные носители магнитных свойств кимберлитов. Вместе с тем при поисках новых кимберлитовых тел широко используется магнитная сьемка, с помощью которой выделяются магнитные аномалии над кимберлитовыми телами. Для достоверной интерпретации этих аномалий совершенно необходимы данные о комплексе магнитных свойств кимберлитов и о минералах - носителях этих свойств.

В связи с тем, что состав и кристаллическая структура ферри-магнитных минералов и их магнитные свойства чрезвычайно чувствительны к условиям среды их формирования и к различным физико-химическим факторам, таким, как давление, температура, скорость разогрева и охлаждения, окислительная способность расплава, давление летучих, состав магш и т.д., появляется возможность разделения различных по условиям происхождения кимберлитов по их магнитным свойствам. Вопросам разделения кимберлитов посвящено много работ, предложены различные схемы классификации,часто не совпадающие между собой. Однако магнитные данные при этом до последнего времени не использовались.

Таким образом, при исследованиях кимберлитов изучению их магнитных свойств не уделялось достаточного внимания, а, как отмечено выше, они очень информативны, и данные о них могут помочь решению важных научных и практических задач. Поэтому в излагаемой ниже работе было проведено исследование современными методами магнетизма горных пород кимберлитов некоторых районов Якутской алмазоносной провинции. В связи с тем, что на кимберлитовый магматизм в изученных районах наложен трапповый магматизм, в работе изучались также и магнитные свойства траппов, хотя и в более ограниченном объеме, чем магнитные свойства кимберлитов^

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Использованные в работе стандартные и новые методы изучения магнетизма горных пород дают возможность получить детальную и очень важную в геофизическом плане информацию о магнитных свойствах кимберлитов и траппов, а также об условиях образования ферримагнитных минералов и о их дальнейшей геологической жизни. Полученные в работе результаты позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Преобладающий вклад в намагниченность кимберлитов исследованных трубок Далдыно-Алакитского района Якутии вносят минералы, имеющие кристаллическую структуру типа шпинели: магнетит, магномагнетиты и продукты окисления магнетита. В трубке Мир основной вклад в намагниченность кимберлитов вносит ильменит.

2. В траппах основным ферримагнетиком является титаномагнетит. Естественная остаточная намагниченность и фактор Q траппов, как правило, выше, чем у изученных кимберлитов. Это может быть использовано при магнитных исследованиях как отличительный признак траппов.

3. Показано, что кимберлиты из различных трубок имеют как общие, так и существенно различные магнитные свойства. Последнее позволило провести классификацию кимберлитов по их магнитным параметрам и магнитоминералогическим процессам, протекающим при нагревах в лаборатории. Магнитная классификация кимберлитов открывает новые возможности в разработке поисковых критериев продуктивных трубок.

4. Проведенное изучение методом кинетических констант магнито-минералогических процессов, протекающих в кимберлитах и траппах, позволило выявить процессы, активно протекающие в природных условиях, и процессы, протекание которых in Situ. практически заморожено, что обусловлено сравнительно низкими температурами пород в условиях залегания.

5. Состав и структура ферримагнитной фракции, установленные в работе, могут быть использованы для выявления термодинамических условий, имевших место во время образования магнитных минералов и, соответственно, вмещающих их кимберлитов и траппов.

6. Обнаружено, что ряд трубок имеют аномальные магнитные свойства, которые проявляются в полном самообращении термоостаточной намагниченности кимберлитов и в частичном самообращении термоостаточной намагниченности траппов. Изучены основные параметры, характеризующие эти явления. Возможно, что эффекты самообращения в кимберлитах могут быть использованы как дополнительные поисковые критерии продуктивных трубок.

1. Барсанов Г.П.Диляева В.А., Кудрявцева Г.П. Аномальное пове-дение термоостаточной намагниченности в ишкулите. -Изв.АН СССР, сер. геол. ,1974, J Н, с.99-Ю5 ,

2. Барсанов Г.П., Гаранин В.К,, Жиляева В.А., Лапин А.В., Кудрявцева Г;П. Коэрцитивные спектры ильменитов из кимберлитов. Изв. АН СССР, сер;геол.,1977, j 4, с.97-108

3. Биланенко В.А., Балакшин Т.Д., Побережский В.А., Ушаков В.М.

4. Структурно-тектонические критерии размещения кимберлито-вых полей в южной части Якутской провинции. сб. Геология, петрография и геохимия магматических образований северо-востока Сибирской платформы. Якутск, ЯФ СО АН СССР, 1976, с. 5-II

5. Благулькина В.А. О распределении некоторых рассеянных и редких элементов в кимберлитах различных петрохимических типов. "Геохимия", 1971, 5, с. 600-605

6. Бобриевич А.П., Бондаренко М.Н. Алмазные месторождения Якутии. М., Госгеолтехиздат, 1959, 527 с.

7. Бобриевич А.П., йлупин И.П., Козлов И.Т., Лебедева Л.И.Панкратов А.А., Смирнов Г.Й., Харькив А.ДГ. Петрография и минералогия кимберлитввых пород Якутии. М.у Недра, 1964, 192 с.

8. Боткунов А.И. Некоторые закономерности распределения алмазов в трубке Мир. Зап.ВМО, сер.2, 1964, ч.93, выш.4, с. 424-435

9. Большаков А?.С., Мельников В.Н. Самообращение термоостаточнойнамагниченности никеля при его двформации. ДАН СССР, 1973, т.213, $ 6, с. 1296

10. Брахфогель Ф.Ф., Ковальский В.В. Возраст кимберлитовых тел

11. Северо-Восточной части Сибирской платформы. сб: Новые данные о магнетизме Якутской АССР. Якутск, 1974, с.5-20

12. Ю.Бродская С.Ю. Мерюмагнитные исследования некоторых ильменитов. сб.: Постоянное магнитное поле Земли, палеомагнетизм и магнетизм горных пород. "Наукова Думка", Киев, 1973, 208 с.

13. Бураков К.С. Термомагнитометр. Изв. АН СССР, сер.физика

14. Земли, 1977, & 5, с. 92-96

15. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Лапин А.В. Типоморфные особенности ильменита из кимберлитов и массивов щелочных ультраосновных пород я карбонатитов. "Геол. рудных месторождений", 1978, Н, с. 3«32

16. ТЗ. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. Некоторые зависимости "состав структура - свойства" для ильменита из кимберлитов и их минералогическое значение. - Зап. ВМО, 1979.ч.ДО8, вып. I, с. 38/47

17. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Сошкина Л.Т., Францессон Е.В.

18. Типоморфизм магнитных свойств ильменита разного генезиса и возможности его использования при поисках ким-берлитовых тел. "Сов.геол.", 1980, $ И, с.84-94

19. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Сошкина Л.Т. Генезис ильменита из кимберлитов, ДАН СССР,1983, т.272, (§5,с.П90-1195.

20. Грабовский Ы.А., Пушков А.Н. К вопросу о возникновении остаточной намагниченности обратной полярности в горных породах. -Изв. АН СССР, сер. геофиз. ,1954, в 4, с. 320 -330

21. Гутер Р.С.,Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М., Физматгиз, 1962. 356 с.

22. Дианов-Клоков В.И. Измеритель малой остаточной намагниченности горных пород. Изв. АН СССР, серия геофиз. ,1960, JP I.

23. Евдокимов А.Н., Багдасаров Э.А. Микрокристаллический ильменит связующей массы кимберлитов Куонамского района (Якутия). Зап.ВМО, 1982, т.З, вып.5, с.570-581

24. Лиляева В.А.колесников Л.В.,Петрова Г.Н. О частичном самообращении термоостаточной намагниченности у природных ферримагветиков ряда Изв. АН

25. СССР, сер.физика Земли, 1970, к 10, с.59-70

26. Еиляева В,А., Колесников Л.В., Петрова Г.Н.Тихонов л.в.

27. Самообращение в магнезиальных титаномагнетитах и его физическая природа. Из.АН СССР,сер.физика Земли, 197I, Я 6, с.48-56

28. Еиляева В.А., Кудрявцева Г.П. Самообращение термо о статочнойнамагниченности при неполной гомогенизации структур распада твердого раствора . Геомагнетизм и аэрономия, т.14, 1974, В 4, с.715-720

29. Звегинцев А.Г., Гранкин П.И., Бугаев М.С. Самообращение термоостаточной намагниченности синтезированных твердых растворов гемоильменитов при давлении. Изв.АН СССР, сер. Физика Земли, J 8, 1974, с.47

30. Звегинцев А.Г. Самообращение намагниченности горных пород;

31. Автореферат дисс. на соиск.доктора физ.-мат.наук, М., 1975, 49 с.

32. Зинчук Н.Н., Котельников Д.Д., Борис Е.И. Древние коры выветривания и поиски алмазных месторождений. М., Недра, 1983, 196 с.

33. Зольников Г.В., Филиппов Н.Д. Разновидности кимберлитовыхпород в трубке Мир и последовательность их формирования, сб.: Магматические образования северо-востока Сибирской платформы. Якутск, ЯФ СО АН СССР, 1975, ч.1, с.99-П0

34. Зольников Г.В., Ковальский В.В., Филиппов Н.Д. К методикеизучения вещественного состава кимберлитовых брекчий. Там же, с. 235-242

35. Илупин ИЛи, Милашев В.А., Томановская Ю.И.,Евдокимов А.Н.

36. Ильменит из кимберлитов Якутии. сб.: Минералогия, геохимия и прогнозирование алмазных месторождений. Л.,1974, с. 5-29

37. Кассандрова О,Н.,Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений, М., Наука, 1970, Ю4 с.

38. Ковальский В.В. Кимберлитовые породы Якутии. М., йзд-во АН1. СССР, 1963, 184 с.

39. Колесников Л.В. Ферримагнитные свойства окислов и их минералогическое значение. "Вестник МГУ", 1970. $ 6. с.59-70

40. Крутоярский М.А.Допатин Б.Г.,Быстрова Г.А. Кимберлиты бассейна рек Омонос и Укукит. Труды НЙИГА. т'.б5, вып^13, 1959, с. 79-Ю5

41. Классификация кимберлитов и внутреннее строение кимберлитовых трубок. М., Наука, 1981, 136 с.

42. Кудрявцева Г.П., Гаранин В.К., Жиляева В.А., Трухин В.И.

43. Магнетизм и минералогия природных ферримагнетиков. М., Изд. МГУ, 1982, 294 с.

44. Кочегура В.В. Об анализе кривой нормальной остаточной намагниченности, в кн.: Настоящее и прошлое магнитного поля Земли. М., 1965, с. 154-157

45. Максимочкин В.Mi, Еиляева В.А., Сафрошкин В.Ю., Гаранин В.К.

46. Кудрявцева ГЛ. Исследование стадийности окисления ферригпинелей магнито-минералогическими методами. Материалы II Всесоюзн.съезда "Постоянное геомагнитное поле, магнетизм горных пород и палеомагнетизм^, ч.П,Тбилиси, 1981, с,76

47. Маракушев А.А. Вулканическая природа алмазоносных породкимберлитовых трубок. "Геология и геофизика", 1982, ,1 8, с. 16-27

48. Маракушев А.А., Безмен Н.И. Эволюция метеоритного вещества,планет и магматических серий. М., Наука, 1983, 184 с.

49. Милашев В.А., Крутоярский М.А., Рабкин М.И. ,Э рлих Э.Н. Кимберлитовые породы и пикритовые порфиры северо-восточной части Сибирской платформы.М.,Недра,1963, 216 с.

50. Милашев В.А. Петрохимическая характеристика кимберлитовыхпород. "Геология и геофизика",1964, # 3, с.138-147

51. Милашев В.А. Петрохимия кимберлитов Якутии и факторы ихалмазоносности. JI,, Недра, 1965, 160 с.

52. Лазько Е.Е. Минералы спктниуи алмаза и генезис кимберлитовых пород. М., Недра, 1979, 192 с.

53. Нагата Т. Магнетизм горных пород. М.', Мир, 1965. 345 с.

54. Олейников Б.В., Саввинов В.Т. Пространственно-временнаяэволюция траппового магматизма в пределах Вилюйско-Мархинской и Жиганской магмоподводящих зон. сб./26/.

55. Петрова Г.Н.Манибаев Р.А., Колесников Л.В. Самообращениетермоостаточной намагниченности в природном гемоиль-мените с Камчатского полуострова. Изв.АН СССР, сер. физика Земли, J 4, 1965

56. Печерский Д.М., Багин В.И., Бродская С.Ю. Магнетизм и условия образования изверженных горных пород. И.,Наука, 1975, 288 с".

57. Орлов А.Н. Термически активационные процессы в кристаллах.1. М., Мир, 1973, 240 с.

58. Саврасов Д.И. Некоторые сведения об эффективности примененияметодов магниторазведки при поисках коренных месторождений алмазов. "Геол. и геофиз.", 1962, J? 8, с.96-103

59. Саврасов Д.И. Некоторые сведения о физических свойствах кимберлитов. "Геол.и геофиз.", 1962, J 12, с.79-86

60. Саврасов Д.И., Камышева Г.Г. К вопросу о применимости палеомагнитного метода для оценки возраста Сибирских траппов. Сб.: Магнетизм горных пород и палеомагнетизм. Красноярск, изд. СО АН СССР, 1963, с.3X3-332

61. Саврасов Д.И. О возрасте кимберлитовых трубок Средне-0ленекского района. сб.: /3/, с. 42-51

62. Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблемасостава верхней мантии. Новосибирск, Наука,1974,264 с.

63. Трухин В.И. Введение в магнетизм горных пород. М., Изд.МГУ,1. Х973, 275 с.

64. Трухин В.И. 0 возможности определения первичной остаточнойнамагниченности в изверженных горных породах. сб.: Кора и Верхняя мантия Земли. М., Изд.МГУ, 1975, вып.2, с. 208-214

65. Трухин В.И., Гаранин В.К., Жиляева В.А., Кудрявцева Г.П.

66. Ферримагнетизм минералов, М., Изд.МГУ, 1983, 96 с.

67. Францессон Е.В. Состав и строение кимберлитовой трубки Мир.

68. Труды Ш СО АН СССР, сер.геол.,1962, J 8, с.19-38

69. Францессон Е.В. Петрология кимберлитов. М., Недра, 1968,198с

70. Романов Н.Н.,Эринчек Ю.М. Возможности магниторазведки припоисках кимберлитовых трубок в Якутской провинции. -сб. /29/, с. 64-75

71. Харькив А.Д. Минералогические основы поисков алмазных месторождений. М., Недра, 1978

72. Чечерников В.И. Магнитные измерения. М., Изд.МГУ, 1969,386с

73. Щербаков В.П., Щербакова В.В. Критерии идентификации доменнойструктуры ферримагнитных зерен минералов горных пород. Изд. Восточной литературы, 1980, с. 98-103

74. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П. Применение электронно-зондовыхприборов для изучения минерального вещества. М., Недра, 1983, 216 с.

75. Трухин В.И., Максимочкин В.И. Исследование кинетики процессовсов окисления ферримагнитной фракции подводных базальтов. Изв.АН СССР, вер.физика Земли, 1982, J II, с.39-51

76. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Соппсина Д.Т. Ильменит из кимберлитов. М., Изд. МГУ, 1984, 240 с.

77. Arnold K.JT, Equilibrium relation between pyrxhotite and.pyrit ftom 325° to 743°C.- Econ.Jeol., 1962;, v.57, p.72-90.

78. S% Bennett C.F., Jrabam J*, Раг1гв P.E. Eew observation onnatural pyrrhotfteff. p.II. .Lamellar magnetite in mono-clinik pyrrhotitee. Amer. miner., 1972, v. 57, И 11-12, p.1876-1880.

79. Frik С, Kimberlitik ilmenltes. Olrans.Ge ol.So с;South. Africa,, I9?3, v.76, К 2, p.85-94.

80. Hoffman; K.A. Cation diffusion processes and self-reversal of thermoremanent magnetization in the1 ilmenite-haematite solid solution series; Geophys;JT; R;astr ;S oc., 1975, v. 41, p.65-80.

81. Kagata 1. Reverse thermo-remanent magnetism; Nature, 1953,»1. V.I6SP, pr; 704-705.

82. Hagata !C;, Akimoto S., Uyeda S. Origin of reversed thermoremanent magnetism of igneous; rocks; Kature, 1953, v. 172,*p. 630,

83. Ее el Ь. The reversal of the remanent magnetization of rocks. Ann. Geophysique, v. 7, К 2, p;$0;

84. Keel Б., 1952, С.R.Acad.Sci., Paris, 234» 1991.

85. Же el Б., 1953, Rev.Mod.Phys., 25, 58.

86. Haggerty §.E. ШЬев chemistry and genesis of opaque minerals in kimberlites. PhysiChem.Earth., 1975, v.9, p;295-307.4 0 ' '

87. Soff'el H.C. Domain structure of natural fine-grained pyr-rhot ite in: a rock matrix diabase. Phys .Earth; Planet, Inter., 1981, v.26, p.98-106.

88. Uyeda S. (Hhermo-remanent magnetism and coersive force of the ilmenite-hematite series. J.Geomag.Geoelectr., Kyoto, 1957, v.9, p.6l.

89. Uyeda s. Thermo-remanent magnetism as a medium of paleo-magnetism, with special reference to reverse thermo-rema-nent magnetism. Japan JI.Geophys;, 1958, v.2, H I, p. 13-18.

90. Verhoogen J. Ionic ordering and selfteversal of magnetization in impure magnetites. Ji.Gteophys.Res., 1956, v.6l, p.201.

91. ZHilyaeva V.A., Petrova G.F., Kudryavtseva G.P. Self-reversal of CDRM in ferrospinels. Publ.Inst.Geoph;Pol.Ac.Sci., C-I (102), 1976, p.87-98.

92. Carmichael C.M. The magnetic: properties of ilmenite-haematite crystals. Proc.RoyiSoc., 1961, v. A263, Ж 1315, P.50B-530;