Київський національний університет

Імені Тараса Шевченка

Федоришин Юрій Іванович

УДК

МОДЕЛЬ ПРОГНОЗУ ТА ПОШУКІВ ДЖЕРЕЛ КОРІННОЇ АЛМАЗОНОСНОСТІ І ЇЇ РЕАЛІЗАЦІЯ НА ТЕРИТОРІЇ

УКРАЇНСЬКОГО ЩИТА

Спеціальність 04.00.01 – загальна

і регіональна геологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора геологічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка на кафедрі загальної і історичної геології.

Науковий консультант: доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Шевчук Віктор Васильович, завідувач кафедри загальної і історичної геології

геологічного факультету Київського національного

університету імені Тараса Шевченка

Офіційні опоненти: доктор геологічних наук Шнюков Сергій Євгенович, завідувач кафедри мінералогії, геохімії та петрографії геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

доктор геолого-мінералогічних наук, професор Паранько Ігор Степанович, завідувач кафедри загальної геології та розвідки корисних копалин геолого-збагачувального факультету Криворізького технічного університету

доктор геолого-мінералогічних наук Квасниця Віктор Миколайович, завідувач відділу проблем алмазоносності Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України

Провідна установа – Львівський національний університет (м. Львів).

Захист відбудеться 23 травня 2007 р. о 14 30 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.001.32 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вулиця Васильківська 90, ауд. 324.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 64.

Автореферат розісланий 21 квітня 2007 р.

Учений секретар

Спеціалізованої ради,

канд. геол. мін. Наук А.В. Сухорада

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Впродовж більше ніж 50 років на Українському щиті (УЩ) проводять різномасштабні роботи, спрямовані на розшуки корінних і розсипних родовищ алмазів. Водночас досі нема науково обґрунтованого погляду щодо реальних перспектив алмазоносності України, який би враховував петрологічні передумови утворення алмазу, особливості глибинної будови літосфери та земної кори, морфо-структурні особливості поверхні фундаменту, геохімічну спеціалізацію струк-турно-речовинних комплексів (СРК), які вміщують продукти кімберлітового (лампроїтового) вулканізму, та ін., що не брали до уваги під час складання попередніх прогнозних карт. Очевидно, саме у зв’язку з цим дотепер не розроблено прогнозно-розшукову модель, яка б дала змогу визначити комплекс різнорівневих геологічних чинників промислової алмазоносності. Іншими словами, відсутні системність у проведенні досліджень та комплексний підхід, який враховує ефективність застосування різних методів залежно від рівня (масштабу) досліджень та роль геологічних методів у прогнозуванні й розшуках алмазної сировини.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках Національної програми “Розвиток мінерально-сировинної бази України на період до 2010 р.”. Головні розділи стали складовою частиною робіт, які проводило казенне підприємство “Кіровгеологія” в межах геологічного завдання 37-56 “Геолого-прогнозні роботи на алмази масштабу 1:200 000 в північно-східній частині Кіровоградського мегаблока Українського щита” (зареєстровано у Держгеолінформ України 18.01.1993, № 39-93-7/1). В основу дисертації покладено матеріали, отримані в результаті проведення постійного наукового супроводу з 1995 р. до закінчення завдання у грудні 2005 р.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної праці є створення багаторівневої прогнозно-розшукової моделі на емпіричній основі з використанням геолого-геофі-зичних, геоморфологічних та петрогеохімічних матеріалів по УЩ, яка дає змогу виконувати комплексний геологічний аналіз території та оцінювати її перспективи на корінну алмазоносність, виділяти площі найімовірнішої локалізації продуктивних проявів кімберлітового-лампро-їтового вулканізму. Це у свою чергу безпосередньо пов’язано з вивченням характеру мінливості параметрів геологічного середовища, які визначають наявність петрологічних умов генерації флюїдно-магматичних алмазоносних кімберлітових і лампроїтових розплавів у літосфері УЩ, існування стовбурних мантійно-корових зон проникності та закономірності просторової локалізації вулканічних проявів на поверхні фундаменту. Для досягнення мети необхідно було вирішити такі головні завдання:

1) розробити концептуальну основу багаторівневої моделі прогнозування й розшуків корінних родовищ алмазів на підставі геостатистичного аналізу, який передбачає створення геопросторової бази даних, чітке визначення поняття об’єкта досліджень і комплексу прогнозних і розшукових чинників;

2) на рівні масштабу 1:1 000 000 визначити перспективи алмазоносності УЩ, виділивши ті його частини (мегаблоки, блоки), які за комплексом чинників мають високу прогнозну продуктивність; для цього, зокрема:–

виконати просторовий аналіз складу й потужності літосфери, з’ясу-вати особливості поверхні Мохоровичича (М) та внутрішню структуру розрізу земної кори і, як наслідок, визначити латеральну мінливість її будови;–

вивчити особливості петрогеохімічної спеціалізації по-верхні фундаменту, які віддзеркалюють інтенсивність, тривалість і характер ендогенних процесів;–

дослідити морфоструктуру кристалічної поверхні фундаменту як об’єкта зовнішнього віддзеркалення ендогенних процесів;

визначити на основі флюїдної моделі ступінь зрілості літосферних сегментів УЩ і скласти карту перспектив алмазоносності;

3) на рівні масштабу 1:200 000 для Кіровоградського мегаблока виділити алмазоперспективні площі на основі комплексного дослідження й аналізу структури поверхні М, внутрішньої структури земної кори, морфоструктурного аналізу кристалічної поверхні.

Об’єкт дослідження – літосфера УЩ , в межах якої відбувалась генерація розплавів та їхнє переміщення, формування об’єктів прогнозування і розшуків.

Предмет дослідження – генетичний зв’язок алмазоносності з особливостями будови літосфери, петрогеохімічною спеціалізацією структурно-речовинних комплексів УЩ, особливостями будови земної кори та морфоструктурою поверхні фундаменту.

Фактичний матеріал і методи досліджень. В основу роботи покладено матеріали, які отримані про-тягом 1995–2005 рр. під час виконання наукового супроводу робіт, що їх про-водило КП “Кіровгеологія” у зв’язку з прогнозування алмазоносності в межах Кіровоград-ського мегаблока. Використано геофізичні матеріали з глибинної будови УЩ (геофізична основа для тектонічної карти масштабу 1:1 000 000 (Єнтін, Шимків, Дзюба та ін., 2002). Для Кіровоградського мегаблока основою слугували геофізичні матеріали В.А. Крю-ченка (1987). Аналіз поверхні фундаменту УЩ проводився по карті рельефу поверхні фундаменту УЩ масштабу 1:500 000 (Дани-ленко, Довгань, Литвиненко и др., 1965). Аналіз петрохімічних особли-востей СРК УЩ виконано на підставі численних опублікованих матеріалів. Для побудови схеми потужності літо-сфери УЩ використано геофізичні мате-ріали, петрологічні дані та результати досліджень автора. Застосовано різноманітні, у тім числі принципово нові методи опрацю-вання та візу-алізації матеріалів. В основу покладено геостатистичні методи досліджень, які реалізовано за допомогою сучасних комп’ютерних тех-нологій.

Мікрорентгеноспектральний аналіз мінералів-супутників алмазу вико-нано в Інсти-туті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (м. Ки-їв), хімічний аналіз гли-нис-тих утворень – у хімічній лабораторії Інституту геології і геохімії горючих копалин НАН України (м. Львів), рентгено-фазо-вий аналіз глинистих мінералів – у лабораторії рент-генострук-турного аналізу геологічного факультету ЛНУ імені Івана Франка, склад оклюдо-ваних газів визначено в лабораторії геохімії і екології Львівського відділення УкрДГРІ.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше для прогнозування та розшуків корінних родовищ алмазу, пов’язаних з проявами кімберлітового і лампроїтового вулканізму, розроблено модель прогнозування та розшуків, в основу якої покладено принципово нову концепцію, що ґрунтується на евристично-емпіричному підході, який передбачає застосування геостатистичного аналізу геологічного простору за допомогою сучасних комп’ютерних технологій і комплексного аналізу матеріалів.

2. На відміну від методології, що застосовувалась тривалий час і ґрунтувалась на пріоритетності використання якогось одного методу, а кінцевою метою було виявлення кімберлітової (лампроїтової) трубки як можливого джерела алмазу, пріоритетне значення надане аналізу петрологічних передумов генерування кімберлітових (лампроїтових) алмазоносних розплавів, шля-хів транспортування флюїдонасичених магматичних розплавів до поверхні кристалічного фундаменту, вивченню причин, що зумовлюють просторове розташування вулканічних тіл на поверхні фундаменту.

3. Вперше для з’ясування перспектив алмазоносності проаналізовано будову розрізу земної кори з визначенням закономірностей розподілу аномальних неоднорідностей, визначено їхню геологічну суть, запропоновано новий підхід до аналізу мантійно-корових та внутрішньокорових зон розломів, визначення масштабів їхнього динамічного впливу на різних рівнях земної кори – від поверхні М до поверхні кристалічного фундаменту.

4. Вперше застосовано морфоструктурний і структурно-речо-винний аналізи поверхні кристалічного фундаменту у дослідженнях, пов’язаних з прогнозуванням та розшуками алмазу на території УЩ.

5. Доведено, що закономірності просторового розташування імовірних проявів кімберлітового і лампроїтового вулканізму можна визначати на еродованій поверхні кристалічного фундаменту за реліктовими структурно-тек-тонічними та речовинними особливостями.

6. Передбачено технологічно неперервний процес прогнозування й розшуків, який завершується обґрунтованим виділенням мінімізованих за розмірами розшукових площ на підставі прогнозно-розшукових чинників, або зачисленням певної території до розряду неперспективних.

Практичне значення одержаних результатів. Практична реалізація оптимізованої моделі прогнозування й розшуків на теренах УЩ засвідчила, що такий шлях досліджень дає змогу різко мінімізувати те-риторію, яка з погляду досягнень сучасної алмазної геології характеризується реальними перспективами алмазоносності, визначити її геофізичні, морфоструктурні та структурно-речовинні особливості на основі геостатистичного аналізу геологічного середовища, суттєво скоротити тривалість робіт, а також підвищити ефективність прогнозно-розшукової оцінки та достовірність отриманих результатів.

Обґрунтовано, що найбільші перспективи щодо промислової алмазоносності мають Кіровоградський мегаблок та Подільський блок Дністровсько-Бузького мегаблока. Для Кіровоградського мегаблока виділено перспективні площі з природними контурами без застосування штучної геометризації.

Одержані результати впродовж останніх років використовує КП “Кіровгеологія”. Вони стосуються вивчення кімберлітів, кори звітрювання кімберлітів та інших порід, хімізму мінералів-супут-ників, проведення геоморфологічних досліджень сучасної поверхні та палеорельєфу фундаменту масштабу 1:200 000–1:50 000, визначення просторового поширення зон розущільнення верхньої частини земної кори на підставі сейсмічних матеріалів різного масштабу (від 1:200 000 до 1:50 000). Протягом 12 років за участю та під керівництвом здобувача виконувались госпдоговірні роботи та науковий супровід робіт, що пов’язані з розшуками кімберлітів, для КП “Південукргеологія” (Приазовська комплексна геолого-знімальна партія, м. Волноваха). Окремі завдання, пов’язані з розшуками алмазів (вивчення брекчій Кухотсько-Воль-ської та Серхівської ділянок), виконувались для КП “Північгеологія” на базі Рівненської геологорозвідувальної експедиції (1997–1999 рр.). Для Криворізької геолого-по-шу-кової партії КП “Південукргеологія” під керівництвом здобувача впродовж 2004 р. виконано дослідження з вивчення ознак ендогенного походження, хімізму порід та алмазоносності Тернівської структури.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у польових роботах протягом 1995–2005 рр., у первинному та каме-раль-ному дослідженні польових матеріалів, колекцій порід з різних ділянок Кіровоградського мега-блока (петрографія кімберлітів та близьких до них за складом порід, кори звітрювання по кімбер-лі-тах і породах інших типів). Вперше для УЩ автор запропонував та показав можливості застосування (в ас-пекті проблеми, що розглядається) різноманітних геоморфологічних методик (аналіз па-лео-річкової та сучасної річкової систем з метою вивчення мегатріщинуватості та ви-значення прос-торового розташування алмазоперспективних ділянок і площ на при-кладі центральної частини Кіровоградського мегаблока, визначення енергії акумуляції водного потоку та ділянок водотоків з найімо-вір-нішим акумулюванням мінералів-супутників та алмазів). Запропоновано та самостійно виконано геостатистичний аналіз глибинної будови земної кори (починаючи від поверхні М), а також спосіб виявлення і просторового поширення розломних зон у широкому розумінні та стовбурних зон про-никності, зокрема, з використанням методу nature breacs на підставі використання даних ГСЗ. Вперше для УЩ проведено петрохімічний аналіз СРК, що дає змогу визначати відносну потужність літосфери мегаблоків/блоків (масштаб усіх на-званих досліджень становить для окремих випадків 1:1 000 000–1:50 000), на основі комплексного аналізу (структурне та просторове положення, геоморфо-логія, відображення в фізичних полях, вивчення петрографії, мінералогії, хімізму кори звітрювання, складу вуглеводнів оклюдованих включень) проведено системне вивчення Зеленогайської структури, доведено її ендогенну природу та кімберлітовий склад.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень та їхні висновки доповідались та обговорювались на науковій конференції, присвяченій 55-річчю геол. ф-ту ЛНУ ім. Івана Франка (Львів, 2000), наук. конф. “Сучасні проблеми літології“ (Львів, 2000), наук. конф. “Joint meeting of EUROPROBE (TESZ) and PACE Projects” (Анкара, Туреччина, 2001), наук.-техн. нараді “Стан, перспективи та напрямки геологорозвідувальних робіт на алмази в Україні” (Київ, 2003), міжнар. наук. конф. “Сучасні проблеми і тенденції розвитку географічної науки” (Львів, 2003), наук.-техн. нараді “Геологія і генезис рудних родовищ України: сучасний стан, нові підходи, проблеми та рішення” (Київ, 2004), міжнар. наук. конф. “Мінералогія: історія, теорія і практика” (Львів–Шацьк, 2004).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 30 праць, з них 20 статей у провідних фахових виданнях, 1 препринт, 9 – тези і матеріали доповідей на наукових конференціях.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, шести розділів і висновків, викладена на 405 сторінках машинописного тексту, містить 10 таблиць і 98 рисунків. Список використаних джерел налічує 419 найменувань.

Подяки. Перші кроки у пізнанні складних процесів розвитку кімберлітового магматизму були здійснені автором дисертації завдяки і під керівництвом проф. О.П. Бобрієвича, який неодноразово звертав увагу на відсутність чіткої картини у зв’язку мантійно-корових розломних зон з просторовим розташуванням кімберлітових тіл. Ці питання в подальшому посіли провідне місце у дослідженнях. Автор висловлює особливу вдячність своєму вчителю і наставнику проф. О.П. Бобрієвичу, який, на превеликий жаль, не дожив до цього часу.

Основна робота над написанням дисертації виконана під час навчання у докторантурі при кафедрі загальної та історичної геології геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Добрі слова і подяку автор висловлює науковому консультанту, завідувачеві кафедри загальної та історичної геології, д-ру геол.-мін. наук, проф. В.В. Шевчуку за цінні поради, цікаві ідеї та тривалі обговорення окремих питань, колективу кафедри, професорсько-викладацькому складу та керівництву факультету за сприяння у написання дисертаційної праці.

Постійні консультації з ключових питань, які лягли в основу головних положень дисертації, проводились з професорами, доцентами та працівниками геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка А.О. Сівороновим, В.П. Ки-ри-люком, О.І. Матковським, М.М. Павлунем, А.М. Лисаком, Ю.П., Свєшніковим К.І. Дорошенком Ю.П., В.О. Хмелівським В.О. Сприяння та доброзичливість були з боку працівників кафедри загальної геології. Автор ставиться до усіх цих прекрасних людей з великою повагою і висловлює слова вдячності.

Фактичний матеріал, без якого було неможливе написання роботи, зібраний автором завдяки ентузіазму та високому професіоналізму головного геолога КП “Кіровгеологія” О.Ф. Маківчука, колишнього генерального директора А.Х. Бакаржієва, працівників геологічного відділу. Велике спасибі цим геологам. Частина дисертаційного матеріалу опрацьована під час роботи в ДЦ МОНУ, де автор отримав велику підтримку з боку директора, професора Л.Д. Кизименка та його заступника Л.І. Сафронової. Приміщення і підтримку надавало керівництво ВАТ “Геотехнічний інститут” в особі голови правління М.В. Наконечного, його заступників і колективу. Автор постійно відчував велику моральну підтримку з боку друзів. Усім цим людям висловлюю щирі слова вдячності.

ГОЛОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Нижче розкрито головний зміст роботи у формі обґрунтування тез, які винесено на захист.

Теза 1. Петрологічним чинником потенційної алмазоносності УЩ є ступінь зрілості літосфери. Глибинний критерій зрілості полягає у гіпсометричному положенні підошви літосфери, що визначає умови стабільного існування графіту й алмазу. Поверхневим (верхньокоровим) критерієм положення підошви літосфери слугує петрогеохімічна спеціалізація плутонометаморфічних комплексів верхньої частини кори, які в межах сегментів з високим ступенем зрілості і високою потенційною алмазоносністю характеризуються зростанням вмісту окре-мих петрогенних (передусім К та Si) і некогерентних (зокрема U, Th) елементів, зменшенням концентрацій Na, Ca, Mg i Fe, порівняно сталим вмістом Al.

Суть головних положень моделі, які віддзеркалюють формування континентальної літосфери (Летников Ф.А., 1999, Летников Ф.А., 2000) полягає у поступовому зменшенні інтенсивності флюїдної дегазації з архею дотепер. Аналогічна тенденція зберігається щодо масо- і теплоперенесення з надр планети. Експериментальні і фактичні дані засвідчують (Летников, Феоктистов, Вилор и др., 1988), що за високих РТ-параметрів, властивих верхній мантії, її флюїди збагачені SiO2, K, Na та іншими некогерентними компонентами. Все це призводило до підвищення температури (Т) солідуса виснаженої мантійної матриці й переходу її у твердий стан (літосферу), збагачення вказаними компонентами земної кори. У такий спосіб, згідно з флюїдною теорією, формується мантійна частина літосфери. Тривалий розвиток цього процесу призводить до зростання потужності літосфери та сіалічної частки в об’ємі земної кори.

Згідно з прийнятою моделлю, формування літосфери супроводжується видаленням флюїдної фази, а астеносферний шар мантії залишається гранично насичений флюїдом. Отже, підошви літосфери зумовлене дегазацією Землі й „висушуванням” мантійного субстрату завдяки винесенню флюїдних і петрогенних компонентів у верхні горизонти літосфери. З урахуванням положення верхньої межі астеносферного шару і його потужності, та на підставі зіставлення потужностей літо- й астеносфери виникло поняття про завершеність еволюційного розвитку окремих літосферних сегментів – рівня їхньої зрілості як тектонічної одиниці. Рівень зрілості безпосередньо залежить від кількості привнесених салічних петрогенних компонентів у кору (потужності гранітогнейсового шару кори). Чим менша потужність астеносфери, тим більш зрілими є відповідні сегменти літосфери. Суть цієї залежності полягає в тому, що зони гранітизації (лейкократизації) кори формувались завдяки тривалому виснаженню літосфери рудними і леткими компонентами, Si, H2O, K, Na. Її глибинне нарощування створює умови для генерації розплавів на глибших рівнях і зародження розломів глибшого закладання. Розплави по мірі заглиблення збагачуються флюїдами і характеризуються високою здатністю проникати у верхні горизонти кори. Отже, між двома збагаченими зонами (астеносферою і корою) розташований збіднений шар верхньої мантії (літосфера). Зростання потужності літосфери зумовлювало занурення осередків зародження розплавів та еволюцію їхнього складу у такому порядку: толеїтові базальти – трахібазальти – ультраосновні і лужно-ультраосновні породи – карбонатити – кімберліти – алмазоносні кімберліти. Очевидно, що в підошві літосфері існували тектонічно ослаблені ділянки, які давали початок формуванню транзитної зони для просування флюїдно-магма-тичних розплавів.

Область переходу від астеносфери до літосфери є своєрідною перехідною (термальною) зоною, що складена, головно, деформованими перидотитами, а астеносферна речовина відрізняється від літосферної лише за флюїдонасиченістю (Mitchell, 1986). Зародження осередків кімберлітового (лампроїтового) розплаву, та наступне виверження розплавів на поверхню зумовлене термальним збудженням астеносфери під час тектономагматичної активізації. Причиною рухомості флюїдонасиченого розплаву є не лише досягнення певної граничної концентрації флюїду і додатковий розігрів, а й висока енергетика і потужний внутрішній динамічний тиск (Доб-рецов, 1986). Оскільки така система гравітаційно нестійка, то завдяки різкому зниженню в’язкості, флюїдонасичений розплав активно руйнує підошву літосфери і дренує по її ослаблених зонах. У верхніх горизонтах мантії спрацьовує явище декомпресії, в’язкість розплаву знижується на декілька порядків, що забезпечує швидке його просування (Бе-ло-усов, 1968).

Різноманітність ксенолітів засвідчує, що субстрат, з якого вони вилучені, має надзвичайно неоднорідний склад: суміш перидотитів (переважають) і еклогітів. З’ясовано, що літосферна частина мантії під докембрійськими платформами і щитами в інтервалі глибин стійкості алмазу характеризується достатньо високим ступенем диференційованості (стратифікації). Вивчення асоціацій глибинних ксенолітів і високобаричних мінералів з них у різних кімберлітових провінціях світу засвідчило закономірну повторюваність головних петрографічних типів і мінеральних асоціацій та їхнє стале представницьке співвідношення (Соловьева, Владимиров, Днепровская и др., 1994). У ксенолітах (як в алмазоносних, так і без алмазів) з глибиною зменшується кількісний вміст глинозему, зростає вміст збагачених хромом піропів і гарцбургітів-дунітів з піропом. У зв’язку з цим постає питання: якою є внутрішня речовинна структура літосфери? Статистика вивчення ксенолітів з кімберлітів засвідчує суттєву кількісну перевагу ультраосновного парагенезису над еклогітовим. На підставі даних щодо еволюції глибинних ксенолітів і породотворних мінералів у них, особливостей структури та параметрів термобаричної рівноваги стало очевидним, що на геотермах щитів, побудованих за РТ-параметрами глибинних ксенолітів, породи різних петрографічних і хімічних типів “прив’язані” до певних глибинних рівнів.

Розвиваючи тезу про те, що кімберлітові (лампроїтові) розплави генеруються на максимально можливій глибині, яка відповідає перехідному шару від літосфери до астеносфери (Маракушев, Безмен, 1992), приходимо до висновку, що винесені цими розплавами ксеноліти з максимальними РТ-параметрами безпосередньо свідчать про потужність лі-тосфери і характер її стратифікованості. За наявними даними (Никишов, 1984; Владимиров, Соловьева, Киселев и др., 1990; Специус, Серенко, 1990), глибина розташування підошви літосфери латерально мінлива в широких межах, на ділянках максимально глибокого залягання гли-бин-ні літосферні виступи (кілі) можуть проникати в мантію на глибину до 250–300 км. У районах розташування промислово алмазоносних трубок зона переходу літосфера–асте-носфера приурочена до глибини ?150 км (50–60 кбар).

Отже, дослідження ксенолітів з кімберлітів дає змогу зробити висновок, що літосферна частина мантії пройшла тривалий еволюційний шлях, який супроводжувався процесами деплетації та диференціації мантійної речовини до максимальної глибини ~200–300 км, її „охолодженням” (зануренням межі літосфера–астеносфера до наведених глибин). Процес диференціації був тривалим, час його завершення (~2,0–1,7 млрд років тому) зафіксовано у глибинних ксенолітах (Соболев, 1974).

Синхронно з мантійною частиною літосфери зародилась і еволюціонувала земна кора та плутонометаморфічні комплекси, які складають фундаменти щитів і платформ. Вони у свою чергу еволюціонували від метабазитів–ультраметабазитів через ендербіти–чарнокіти до гранітогнейсів–грані-тів. Така закономірність є відображенням єдиного процесу еволюції літосфери, який охоплював не лише мантійну частину, але й земну кору. Особливо інтенсивно процес гранітизації виявився в межах літосферних сегментів, для яких характерні алмазопродуктивні кімберлітові трубки, а потужність літо-сфе-ри в усіх без винятку випадках перевищує 150 км (Розен, Белов, Бибикова и др., 1990; Хаггерти, 1992; Розен, Серенко, Специус и др., 2002).

Розглядаючи особливості складу літосфери, які безпосередньо впливають на алмазоносність кімберлітів і лампроїтів, неможливо уникнути питання утворення алмазу і алмазоносних порід. Петрологічним підґрунтям ксенокристалічного походження алмазу слугує подібність хімічного складу мінеральних включень в алмазі та аналогічних мінеральних фаз еклогітових і перидотитових ксенолітів, часто велика різниця абсолютного віку алмазу і вмісних кімберлітів і лампроїтів, наявність у кімберлітах кристалів алмазу з ознаками “докімберлітової“ еволюції тощо. Не менш важливим фактом на користь ксеногенної гіпотези є генерація кімберлітових розплавів шляхом заміщення піропових перидотитів з успадкуванням не лише алмазоносності, але й хімічного складу, що відбувалось в умовах високого флюїдного тиску. Таке успадкування проілюстроване на прикладі складу ксеноліту перидотиту з трубки Мир (K0,08Na0,34Ca1,57Mg14,39Ni0,04 Mn0,04 Fe2+2,05 Fe3+0,97Al1,43 Ti0,15 Si13,85 P0,04O50), з одного боку, і складу кімбер-літу з цієї ж трубки (K0,18Na0,13Ca2,15 Mg15,89Ni0,05Mn0,02Fe2+0,87Fe3+1,65Cr0,04 Al1,07 Ti0,38 Si12,87 P0,09O50) – з іншого (Маракушев, Безмен, 1992). Кімберліт як селективна флюїдо-насичена виплавка відрізняється вищим ступенем окиснення заліза, збагачений більш легкоплавкими компонентами (про що свідчить підвищений вміст K, P, Ca, рідкісно-земельних елементів, Zr, F, U, Th). Перелічені компоненти зумовлюють “кімбер-лі-тизацію” перидотиту. Одночасно визначено значну різницю абсолютного віку перидотиту і кім-берліту. Відтак, “кімберлітизація” відбувалась за умов стабільного існування алмазу і під впливом флюїдної фази, яка надходила з астеносфери й ініціювала процес генерації розплаву.

Отже, багатоетапний процес еволюції мантії, що полягав у її деплетації, призвів до формування літосфери, її внутрішньої диференціації та утворення астеносфери. Просторові й часові зміни інтенсивності енергомасоперенесення зумовили виникнення латеральних і вертикальних неоднорідностей, які відрізняються за розмірами, внутрішньою структурою, мінливістю фізичних параметрів, температурним режимом формування, речовинним складом та агрегатним станом речовини. Покрівля астеносфери внаслідок втрати нею флюїдної фази відступала на глибину, тим самим зростала потужність літосфери. Оскільки потужність прямо залежить від інтенсивності енергомасоперенесення та його тривалості, то її цілком об’єктивно можна вважати критерієм зрілості літосфери як тектонічної одиниці. У такій термодинамічній обстановці на межі літосфера–астеносфера в моменти термального збудження останньї можуть зароджуватись найбільш глибинні магматичні розплави, у тому числі кімберлітового та лампроїтового складу.

Викладений підхід дає змогу розділяти літосферні блоки або їхні фрагменти за ступенем зрілості, який є функцією інтенсивності та тривалості процесу флюїдної дегазації (виснаженості) мантії і виражений потужністю літосфери та складом земної кори. Виконаний у такий спосіб аналіз мантійної частини літосфери й астеносфери УЩ можна успішно використовувати для прогнозування алмазоносності. Іншими словами, на основі викладеного підходу зроблено спробу районування УЩ за перспективами алмазоносності на підставі використання геофізичних і петрологічних даних та проведення порівняльного аналізу з аналогічними даними з інших алмазоносних провінцій. У подібному контексті питання алмазоносності УЩ до цього часу не розглядалися.

Головна відмінність структури окремих літосферних сегментів УЩ полягає у мінливості глибини залягання зон з яскраво вираженими реологічними властивостями (хвилеводами). Вивчення глибинних ксенолітів та мінералів-супутників району розташування кімберлітових трубок дають усі підстави для визначення потужності літосфери Приазовського мегаблока, яка не перевищує 100–125 км (Гордиенко, Усенко, 2003), не виключаючи можливість існування “алмазного вікна” (Панов, Гриффин, Панов, 2000), що не підтверджується даними ГСЗ. Беручи до уваги можливу статистично визначену похибку результатів ГСЗ щодо завищення потужності на 10–30 % (по відношенню до петрологічних даних Соловьева, Владимиров, Днепровская и др., 1994), зовсім не виключено, що наведені значення потужності реально можуть бути меншими. Петрологічні матеріали для Середньопридніпровського сегмента обмежені. Широкий розвиток залізистих базит-ультрабазитових серій, порід з графітом і підвищеним вмістом СаО, відсутність у породах мінералів глибоких горизонтів мантії дають усі підстави вважати максимально можливою потужність літосфери близько 120 км. Важливим петрологічним аргументом для оцінки потужності літосфери цього сегмента є ознаки донної ерозії літосфери (продукти коматіїтового вулканізму). Петрологічний аналіз складу і потужності літосфери Кіровоградського мегаблока ґрунтується на опублікованих матеріалах і власних дослідженнях; він дає підстави припускати (Цымбал, Кривдик, 1999), що зародження кімберлітового розплаву відбувалось на глибинах ?150 км. Реальність подібних висновків підтверджена під час вивчення Зеленогайської вулканічної структури (Федоришин, 2004; Федоришин, Маківчук, 2004). Практично нема петрологічної інформації стосовно літосфери західної частини УЩ та північно-західного схилу щита. Проте глибина залягання шарів зі зниженою швидкістю (хвилеводів) у мантії, за даними ГСЗ, та виявлені закономірності щодо зв’язку глибини розташування хвилеводів, їхньої кількості і потужності літосфери (Егоркин, Зюганов, Павленкова, Чернышев, 1988), “некімберлітове” походження переважної кількості гранатів (Мацюк, Платонов, Крюков, 1989) дають підстави припускати, що потужність літосфери становить, відповідно, ?130 і ?80–90 км відповідно. Окремо виділяється літосферний сегмент, що відповідає Подільському блоку Дністровсько-Бузького мегаблока, де потужність літосфери розмірна з Кіровоградським мегаблоком і досягає, за сейсмічними даними, 200 км. З урахуванням наведених фактів уперше побудовано схему потужності літосфери УЩ (рис. 1), яка відрізняється від раніших (Соллогуб, 1986). Прийняті цифри потужності є максимальними (в основі лежить геофізична модель літосфери) і, можливо, до певної міри завищеними, якщо брати до уваги петрологічну модель.

Аналіз складу утворень поверхні фундаменту, їхнього просторового поширення, геолого-структурних і речовинних даних для визначення перспектив алмазоносності УЩ виконано вперше. Виявлені петрогеохімічні особливості СРК фундаменту містять інформацію про ступінь зрілості (завершеності розвитку) літосфери. Її як ефективний чинник можна використовувати для відносної оцінки потужності літосфери і, відповідно, алмазо-продуктивносності. Закономірності зв’язку зрілості і потужності літосфери випливають з флюїдної моделі. Отже, ступінь гранітизації кори є відображенням процесу становлення літосфери та її потужності, виходячи з того, що сучасні параметри літосфери не змінювались з часу остаточної ранньопроте-розойської консолідації за умов відсутності процесів глибинної ерозії літосфери (Тейлор, Мак-Леннан ,1988)

Особлива роль калію в процесі формування літосфери і земної кори відома з погляду на те (Белевцев, 1998), що сучасна континентальна кора, на відміну від свого “ендербітового” аналога в ранньому археї, за складом відповідає гранодіориту–граніту. Очевидно, що головна тенденція еволюції кори полягала у заміщенні протосубстрату спочатку натровими, а згодом і калієвими породами. Повна або майже повна відсутність калію у первинних породах кори пов’язується з гравітаційною диференціацією магмосфери, у верхній частині якої концент-рувались найлегші хімічні елементи – Na, Si, Al та, частково, Ca, Ti, Mg i Fe. Такий підхід стосовно утворення гранітоїдних порід можна пояснити лише значним енергомасоперенесенням з мантії (астеносфери) у вигляді потоків флюїдів, збагачених калієм та іншими компонентами.

Враховуючи те, що область стабільного існування алмазу розташована на глибині понад 150 км., важливим критерієм оцінки алмазоносності може бути геохімічна спеціалізація метаморфічного субстрату верхньої частини земної кори, що визначається накопиченням калію в кінцевих продуктах процесу метасоматизму. Вона віддзеркалює ступінь гранітизації метаморфічних утворень, їхню геохімічну спеціалізацію щодо Na і К, завершеність ендогенних процесів, потужність літосфери, її алмазопродуктивність. За петрохімічний критерій оцінки прийнято індекс калієвості (Ік), обчисленого на основі методу Т. Барта. Для аналізу кристалічної поверхні УЩ обрано гранітоїди третьої групи (Щербаков, Есипчук, Орса и др., 1984), вміст SiO2 в яких становить 68,00–75,00 %, оскільки ці породи є у складі переважної більшості всіх виділених на УЩ ультраметаморфічних комплексів, максимально поширені та, що найголовніше, є продуктами найглибших речовинних перетворень. За еталон “незміненого” протосубстрату обрано породи другої групи гайворонського комплексу (ендербіти), які максимально наближені до первинного мінерального і хімічного складу протосубстрату і характеризуються наступним складом: K3,1Na67,5Ca45,2Mg28,5Fe2+22,3 Fe3+12,5 Al166,1Ti3,6Si566,7(O625,4OH58,1). Ік = 3,1. До числа проаналізованих плутонометаморфічних комплексів увійшли: бердичівський, гайворонський, дніпропетровський, шевченківський, звенигородський, токмацький, анадольський, гайсинський (собітовий), демуринський, синюхінський, уманський, кіровоградський, богуславський, вознесенський. Результати обчислень та групування плутонометаморфічних комплексів УЩ за Ік наведені на рис. 2. Інтрузивні комплекси УЩ для аналізу відібрано за таким же принципом. До них належать: сурський, обіточненський, мокромосковський, осницький, кам’яномогильський, житомирський, пержанський, східноприазовський, салтичанський, корсунь-новомиргород-ський, токівський, коростенський, новоукраїнський. Їхнє групування за Ік наведено на рис. 3. Виконаний аналіз дав змогу диференціювати поверхню кристалічного фундаменту за ступенем зрілості літосфери (її потужністю), показником якої є Ік (рис. 4), і зробити такі висновки:

1. Головна тенденція еволюції складу верхньої частини кори полягала у заміщенні протосубстрату, який мав натрієву спеціалізацію, у напрямі збільшення в породах К і Si. Зменшувалась концентрація Mg, Fe і Са, внаслідок чого породи за складом наближались до гранітів.

2. Територія УЩ просторово диференційована за значенням Ік (див. рис. 4).

3. Загальна тенденція просторового поширення гранітизації різного ступеня (різні значення Ік) полягає у зміні площадного характеру енергомасоперенесення на просторово-зональний, що є поверхневим відображенням формування транскорових зон підвищеної проникності (розущільнення) на завершальних стадіях гранітизації. Ступінь гранітизації досягав в них рівня, який забезпечував утворення евтекто-їд-них розплавів гранітоїдного складу, що кристалізувались без переміщення і втрати очевидного генетичного зв’язку з материнським протосубстратом.

4. Зіставлення даних абсолютного віку ультраметаморфічних гранітоїдів поверхні фундаменту УЩ та їхньої геохімічної спеціалізації свідчить, що гранітоїдні комплекси з мінімальними значеннями Ік є найдавнішими, їхній абсолютний вік становить: для шевчен-ківського комплексу за Рb-Рb-ізохроною – 2800–2640 млн років, за U-Pb-ізохроною – 2780 млн років; для дніпропетровського комплексу – 3000–2700 млн років. Вік ендербітів, які вважають “найсвіжішими”, – 3300–2810 млн років. Чарнокітизовані породи з підсиленням калієвої фельдшпатизації дають значення абсолютного віку від 2680–2360 до 2020 млн років. Значення абсолютного віку всіх інших гранітоїдних комплексів відображають вік ультраметаморфічних перетворень завершальної стадії (інтенсивна просторово диференційованого калієва фельдшпатизація) і охоплюють часовий інтервал ~2200–1800 млн років. Впродовж цього періоду відбулись головні гранітизаційні процеси, які характеризувались досить інтенсивним і диференційованим енергомасоперенесенням, завдяки якому кора (особливо її верхня частина) збагачувалась калієм і кремнієм. Ознакою підвищеної калієвості гранітоїдів є наявність серед акцесорних мінералів монациту і зональних зерен циркону. Якщо взяти до уваги наявні дані про надходження флюїдів з астеносфери (Летников, Жатнуев, Лашкевич, 1985), то Ік можна трактувати як показник потужності літосфери.

Рис. 1. Схема потужності літосфери УЩ: 1 – головні розломи УЩ (міжмегаблокові); 2 – потужність, км: а – <90; б – 90–100; в – 100; г – 120–130; д – >180–200.

Рис. 2. Значення Ік для плутонометаморфічних комплексів Українського щита.

Рис. 3. Значення Ік для інтрузивних комплексів Українського щита.

Рис. 4. Схема просторового розподілу метаморфічних та інтрузивних порід фундаменту УЩ за індексом калієвості Ік: 1 – метаморфічні породи: а – 14,8–18,6; б – 30,7–33,4; в – 36,5; г – 41,8; д – 47,4–51,8; е – 54,3–56,4; є – близькі до д; 2 – інтрузивні породи: а – 13,3; б – 32,9; в – 45,1–46,0; г – 51,7–53,8; д – 54,9–57,1; е – 61,4; 3 – утворення амфіболітової фації; 4 – утворення амфіболітової–гранулітової фацій; 5 – утворення зеленосланцевої фації; 6 – частини УЩ з потужністю відкладів чохла понад 500 м.

5. Інтрузивні прояви гранітоїдного магматизму також диференційовані за значенням Ік, вони відрізняються за масштабами прояву, просторовим розташуванням і структурним положенням. Загальна тенденція прояву інтрузивного магматизму гранітоїдного типу з різним Ік прямо пов’язана з абсолютним віком: чим молодший вік інтрузій, тим вони більш калієві. Іншими словами, зростання потужності літосфери зумовлює більшу глибину зародження розломів і надходження флюїдів, підвищення калієвості гранітоїдів (Соболев, 1989).

6. Отримані результати підтверджують максимальну потужність літосфери для Кіровоградського мегаблока і Подільського блока, також повністю збігаються з наявними матеріалами щодо потужності літосфери (Соллогуб, 1986), дозволяють аргументованіше й детальніше виділяти літосферні сегменти різної потужності. Незважаючи на складну блокову будову УЩ, просторове положення гранітизованих докембрійських утворень дає змогу стверджувати, що латеральна мінливість температури метаморфо-метасоматичних процесів та інтенсивності проникнення флюїдного потоку, його розсіяння на одних ділянках і концентрація на інших зумовили просторову структурно-речовинну неоднорідність кори й літосфери.

Закономірно виникає питання – кратони якого граничного віку можуть бути перспек-тивними на алмази? Наявні об’єктивні дані свідчать (Тейлор, Мак-Леннан, 1988), що фор-мування літосфери відбувалося синхронно з ростом кори завдяки екстракції кремнезему разом із лугами та іншими некогерентними елементами з мантії і перенесенням їх у кору. На рубежі 2500 млн років тому потужність кори в межах докембрійських кратонів становила близько 70 % від сучасної. Формування кори, а отже, і літосфери в тому вигляді, якими вони є нині, завершилось разом з ебурнейською епохою (близько 1 800 млн років тому). Отже, в межах докембрійських кратонів ендогенні процеси, які супроводжувались порушенням рівноваги в корі й мантії та нарощуванням потужності літосфери, завершились у ранньому протерозої. Відповідно, і СРК, якими складений фундамент кратонів, завершили свою еволюцію, характерною особливістю якої була інтенсивна калієва фельдшпатизація. В такому разі особливості речовинного складу порід фундаменту є критерієм потужності літосфери в межах тих чи інших ділянок кратонів. Аналіз особливостей речовинного складу породних комплексів УЩ і даних стосовно потужності літосфери засвідчує, що ефективним критерієм оцінки потужності літосфери докембрійських кратонів може бути ступінь калієвості (поява і збільшення кількості калійпоглиналь-них і калієвих силікатів та алюмосилікатів). Така кореляція не випадкова.

За всіма методами ізотопного датування порід фундаменту Сибірської платформи фіксують геохронологічний рубіж 2000–1900 млн років. З ним пов’язують широкий прояв ендогенних процесів, які супроводжувались метаморфічними перетвореннями консолі-дованих в умовах гранулітової фації породних комплексів фундаменту. Флюїдні метаморфізувальні мантійні потоки, які транспортували кремнезем, луги, некогерентні мікроелементи, проникали по глибинних розломах – потужних зонах тріщинуватості та брилово-блокових дислокацій. Розмір блоків становив десятки кілометрів. Завершення процесів, які призводили до перетворення порід гранулітової фації в умовах амфіболітової та до регіонального розвитку процесів ультраметаморфізму, знаменувалось консолідацією фундаменту як єдиної структури. Зазначені регіональні процеси поширювались також і на південний (Мирнинсько-Айхальсько-Ботуобинський) схил Анабарської антеклізи з утворенням мозаїчно-блокової структури фундаменту (розмір блоків – 20–30 км) і одночасним збереженням архейського напряму структур фундаменту (північно-західний–меридіо-наль-ний). Ультраметаморфізм проявився у вигляді калієвої фельдшпатизації з утворенням гнейсів, гранітогнейсів, мігматитів, чарнокітів та інших калієвих гранітоїдів. Вміст калію у різновидах ультраметаморфітів становить від 3 до 8 %. З породами, для яких визначено підвищений вміст калію, просторово асоціюють поля аномальних концентрацій U і Th.

На підставі геохімічних досліджень доводять, що рання сіалічна кора Анабарського щита сформувалась остаточно наприкінці архею (2,8 млрд років тому) в процесі гранулітового метаморфізму і мала суттєво андезитовий склад. Зародження кори континентального типу, яка мала гранодіоритовий склад, відбулось у середині протерозою (1,8 млрд років тому) завдяки значному привнесенню К, Si та інших некогерентних елементів як з нижніх горизонтів кори, так і з-під корових частин літосфери. Калієва фельдшпатизація повністю змінила геохімічну специфіку ранньої кори. Вона відповідає процесу регіональної гранітизації й діафторезу в умовах амфіболітової фації. Прямими доказами інтенсивної калієвої фельдшпатизації порід фундаменту безпосередньо в районах просторового розташування промислово алмазоносних кімберлітових трубок є наявність ксенолітів калішпатових, кварц-калішпатових і польовошпатових кристалічних сланців з гранатом (до 10–30 %) та без нього. Головними породотворними мінералами (крім гранату) у перелічених різновидах метаморфічних порід є кварц, калішпат (мікроклін) і плагіоклаз. Такі ксеноліти відшукали в трубках Загадочная, Удачная, Молодіжна, Ленінградська (Бобриевич, Бондаренко, Гневушев и др., 1959). Є відомості про калішпатизовані різновиди ксенолітів, що належать породам фундаменту, і в інших працях.

Головні тектонічні структури літосфери східної частини Балтійського щита були сформовані, головно, впродовж пізнього архею і раннього протерозою (Богатиков, Гаранин, Кононова и др., 1999). Серед них на підставі вивчення структурно-речовинних асоціацій впевнено визначено, що в межах Кольського півострова пізньоархейськими структурно-речовин-ними асоціаціями утворені Мурманський граніт-мігма-титовий пояс, Центрально-Кольський гранулітогнейсовий пояс, Біломорський гнейсовий пояс, Кейвський блок, Тітовсько-Кейвська структурна зона, Інарі-Алареченський і Терський пояси. Вік формування найдавнішої асоціації – 3,02,7 млрд років. На рубежі ~2,2–1,8 млрд років відбулась перебудова структурного плану, а починаючи з 1,75 млрд років розпочався платформний етап розвитку. Найінтенсивніше процеси гранітизації виявились на