ГлавнаяКимберлиты и родственные им породы имеют широкое распространение, хотя и рассеяны, в пределах континентальных, главным образом платформенных территорий. Вероятно, самые молодые вмещающие их породы известны на о. Калимантан и имеют палеозойский возраст. Они, как правило, встречаются в виде очень узких даек шириной 1 м или менее. В некоторых районах, там где глубина среза достаточна для наблюдений, доказано, что эти .дайки располагаются под диаметрами (трубками), образующимися только на относительно неглубоких коровых уровнях в интервале 2—3 км от поверхности Земли. Изверженные кимберлиты практически неизвестны, описание похожей на кимберлит лавы из Танзании с необычной структурой из странных сплющенных оливиновых сфероидов в богатой кальцитом основной массе приводится А. Рейдом с соавторами. Значительные количества кимберлитов сконцентрированы в Восточной Сибири и Южной Африке. Деталь ному изучению кимберлитов Лесото посвящены статьи сборника, имеющего то же название, под редакцией П. Никсона. В 1973 г. в Кейптауне была проведена геологическая конференция, сопровождавшаяся экскурсиями к местам развития кимберлитов. Многие интересные доклады, сделанные на этой конференции, опубликованы в т. 9 «Физики и химии Земли», вышедшем в 1975 г. Полезный предварительный обзор кимберлитов сделан К Коксом.
Наиболее заметное различие кимберлитов между собой заключается в относительных количествах фенокристаллов флогопита и повсеместных фенокристаллов форстерита (часто серпентинизированного). Минеральный состав основной массы представлен второй генерацией флогопита и серпентинизированным оливином совместно с. серпентином, кальцитом, апатитом, ильменитом и перовскитом, причем присутствие последнего указывает на очень низкую активность кремнезема. Кимберлиты с высоким содержанием флогопита называются слюдистыми кимберлитами, а с более низким — базальтовыми кимберлитами. В связи с взрывным и предположительно быстрым характером их внедрения (необходимым для образования алмазоносных кимберлитов, так как в противном случае алмаз превратился бы в уголь) во время этого процесса в общем не остается времени для дифференциации, в результате которой получились бы различные серии магматических пород, особенно в обычном понимании этого термина, связывающего его с фракционированием кристаллов. Исключением из этого правила являются кимберлиты, дифференцированные in situ и обнаруженные в трех кимберлитовых силлях возле Бенфонтейна в Южной. Африке. Существуют доказательства, что в этих телах мегакристаллы оливина и флогопита совместно с более мелкими кристаллами шпинели, перовскита и апатита накапливались в основании силла, в результате образовалась слоистая порода; большая часть интеркумулусного материала этих пород карбонатная.
Этот карбонат является ключом к проблеме главного компонента кимберлитовых магм. «Карбонатизация» и «серпентинизация», петрографически характеризующие кимберлит, воспринимаются в настоящее время не только как результат более позднего изменения, но и, по крайней мере частично, как функция первоначально высоких содержаний CO2 и H2O в кимберлитовой магме. Например, распознаются первичные пластинчатые закаленные кристаллы карбоната, образовавшиеся во время магматической кристаллизации; кроме того, эксперименты, проведенные в последнее время, показали удивительно высокую возможную растворимость CO2 в подобных кимберлитовым расплавах при высоких давлениях. Описываются многочисленные примеры оцелярных структур с карбонатными вкрапленниками, предположительно образовавшимися при ликвидации богатого карбонатами кимберлитового расплава по мере подъема его к зонам с более низкими ограничивающими давлениями. Дайки карбонатных пород, формирование которых раньше предположительно объяснялось гидротермальными процессами, А. Джейнс обоснованно связывает с внедрением тел карбонатитов, почти одновременным с внедрением кимберлитовых пород в комплексе Гросс-Браккарос (Намибия). В то время как большинство кимберлитов содержит довольно низкие количества CaO, предположительно фракционированной в более жидкую карбонатитовую фазу и, таким образом, в большинстве случаев потерянной для силикатной магматической системы во многих породах, существует и другая возможность частичной потери CO2, CaO и т. д. Эти соединения выделяются из кимберлитовой магмы при определенном промежуточном давлении, которое приводит к кристаллизации таких содержащих кальций фаз, как мелилит и монтичеллит, из расплава со все еще очень низкой активностью кремнезема, но относительно более высоким количеством CaO, чем у большинства кимберлитов. Образование ряда мелиливыx базальтов (пород, содержащих монтичеллит) и альнёитов, иногда находящихся в связи с некоторыми кимберлитовыми провинциями, объясняется таким механизмом. В связи с этой предполагаемой дифференциацией, относящейся к частичному или полному фракционированию и удалению карбонатитовой жидкой фазы, можно говорить о «кимберлитовой серии».
Поскольку охарактеризованы облик и поведение кимберлитовых интрузий, определение их химического состава явно связано с насущной проблемой отбора образцов и интерпретации полученных данных. С некоторыми оговорками на этот счет несколько химических анализов приведено в табл. 16. Очевиден высокоультраосновной характер этих пород. Предполагается, что высокие содержания Cr и Ni отражают слабое раннее фракционирование кристаллов хромита и богатых магнием силикатов из первозданного мантийного расплава. Необычайно высокая общая концентрация несовместимых элементов свидетельствует о длительных непрерывных процессах зонной очистки в течение сосуществования и равновесия частичного расплава с мантийным веществом.
Можно было бы предвидеть, что начальные отношения 87Sr/86Sr будут однообразно низки в расплавах, мигрировавших из мантии и быстро поднявшихся к поверхности без следов загрязнения коровым материалом (что противоречит большим масштабам включения ксенолитов в диатремах). Однако они разнообразны и удивительно высоки, обычно около 0,710—0,711. По этому параметру кимберлиты и другие породы континентов, насыщенные калием, сильно отличаются от океанических серий пород, где значения этого отношения меняются от низких (0,703—0,7025) в БСОХ через 0,7035 в ТОО и 0,703—0,705 в щелочных базальтах и до 0,706 в наиболее богатых калием щелочных океанических сериях. Это может быть связано с предположительным вхождением наиболее несовместимою радиогенного 87Sr в первозданный кимберлитовый расплав во время частичного плавления в небольшой степени, сопровождающегося интенсивными процессами зонной очистки высоких степеней.
Экономический интерес к алмазам, которые содержатся в кимберлитах, соизмерим с научным интересом, сосредоточенным на включениях, обнаруживающихся в кимберлитах, поскольку они представляют материал о мантии, расположенной ниже офиолитовых уровней. Некоторые включения имеют явно случайный характер. Например, включения корового материала различного состава, содержащего интересные парагенезисы, относящиеся к нижней коре, — скаполит-содержащие гранулиты, которые позволяют определить ее температурный режим. Включения предположительно мантийного происхождения могут быть разделены на две крупные категории (эклогитовые и ультрамафические).
Эклогиты могли бы образоваться (испытав погружение в зоне субдукции?) из основных пород, которые были метаморфизованы в мантийных условиях. Возможно, некоторые эклогиты, обнаруживающие общность минерального состава, могут быть кумулатами, сформированными во время кристаллизации первичных магм в мантии. Было даже высказано предположение, что кристаллы алмазов, обычно рассеянные в кимберлитовой основной массе, практически всегда находятся в виде включений в эклогитовых, а не в ультрамафических ксенолитах и могут иногда быть кристаллами кумулуса.
Ультрамафические включения содержат в различных пропорциях магнезиальный оливин, пироксены и гранат. Наблюдаемая конвергенция состава с гранатовыми лерцолитами, анализ состава, а также условие способности мантии к генерации основных магм привели П. Харриса с соавторами к выводу, что гранатовые лерцолиты, имеющие состав: 67 % оливина, 12 % ортопироксена, 11% клинопироксена и 10% граната) могли бы служить представителями усредненной верхней мантии. Дальнейшая работа, однако, приводит к предположению, что простые модели однообразной верхней мантии (что удобно, так как это должно явиться отправной точкой для моделирования магматического петрогенезиса) не выдерживают критики.
Детальные анализы минералов из включений такого типа и сравнение этих данных с экспериментальными согласуются с теоретическими заключениями, показывающими, что эклогитовые и ультрамафические включения находились в равновесии при высоких давлениях и температурах. В этом отношении особенно полезны содержание Al2O3 и отношение Ca/Mg как клинопироксена, так и ортопироксена. Если учесть, что кимберлитовая магма захватывала случайные фрагменты мантии с различных глубин во время своего подъема и что минеральное равновесие в этих включениях сохраняюсь, то по крайней мере теоретически мы смогли бы путем исследования состава пироксена восстановить геотермический градиент для верхней машин в регионе образования кимберлитов во время их извержения. Вкрапленники в гранатовых лерцолитах обладают двумя значительно различающимися структурами: 1) «скалывания», в различной степени изменяющаяся от кинкбандов в оливине до милойитовых текстур с глазками только ортопироксена и граната; 2) грубозернистыми с размером зерен приблизительно 5 мм. Вкрапленники, подвергнутые скалыванию, оказывается, достигли равновесия при давлениях, эквивалентных глубинам около 200 км, и имеют более примитивный, более обогащенный состав. Они богаче К, Ti, Na, P и несовместимыми элементами, чем зернистые вкрапленники, которые достигли равновесия при более низких давлениях, эквивалентных меньшим глубинам, около 150 км. Доказано, что эклогитовые вкрапленники достигли равновесия при еще более низких давлениях.
Н.В. Соболев обратил внимание на наличие в некоторых кимберлитах Восточной Сибири еще одного класса редких включений глубинного происхождения, мнемонически названных «гроспидитами» по содержащемуся в них парагенезису минералов — гроссулира, (клино) пироксена и кианита совместно с рутилом и корундом. Общий химический состав этих включений, богатых Ca, Al и Ti, полностью отличается от состава обычных мафических или ультрамафических включений и свидетельствует в пользу наличия отдельных тел, сложенных тугоплавким богатым Ca, Al и Ti веществом в (более глубокой) мантии. Ввиду этого важного доказательства, полученного при изучении кимберлитовых включений, теперь следует предположить, что каждый исследователь, который оптимистично рассматривает в петрогенетической схеме однородную по составу мантию, допускает опасное чрезмерное упрощение.
Длительное время существовали различные мнения по вопросу: связаны ли кимберлитовые взрывы с явлением стационарного состояния мантии или с активностью мантийных потоков? Первое предположение может быть в широком смысле сформулировано следующим образом. Сейсмические исследования позволили выявить низкоскоростной слой, образующий прерывистую оболочку вокруг Земли, с довольно четко определенной нижней границей на глубине 250 км и верхней границей приблизительно на глубине 60 км под океанической корой и 100—200 км под континентальной (однако под некоторыми платформенными территориями она отсутствует). Этот слой сопоставляется с астеносферой независимо определенным уровнем изостатической компенсации и ограничен относительно жесткими литосферными плитами сверху и статичной (?) мантией (мезосферой) снизу. Из наблюдений за затуханием скоростей волн сжатия, проходящих через низкоскоростной слой, следует, что последний содержит небольшие количества (около 1 %) интерстициального расплава. Этот расплав, представляющий первичное обогащенное летучими компонентами вещество мантии и существующий в небольших количествах ниже предполагаемых температур сухого ликвидуса, должен быть обогащен магнием на глубине, и следовало бы ожидать, что он будет сильно насыщен несовместимыми элементами; расплав мог бы приближаться по составу к кимберлитовому. Возникновение глубоких разрывов в литосфере, возможно, нарушило этот слой в некоторых интервалах и вызвало, таким образом, спорадический выброс кимберлитов с потерей летучих компонентов, не связанный ни с границами плит, ни с мантийными потоками. При рассмотрении связи кимберлитовых взрывов с мантийными потоками необходимо учитывать: 1) что поднимающиеся над мантийным потоком геоизотермы вызывают подъем и (или) локальное увеличение в небольших объемах расплава и что в таком случае извержение кимберлитов, скорее всего, сигнализирует о мантийном потоке или — альтернативно — 2) что кимберлиты могут быть образованы в результате извержения остатков магмы, вынесенных мантийными потоками. Большие углы падения южноафриканских кимберлитов, преимущественно мелового возраста, не противоречат последней точке зрения Сибирские аналоги этих пород развиты на обширной территории, но, очевидно, большая их часть сосредоточена к северу от Алданского массива и Байкальской рифтовой системы. Однако следует отметить, что все же не все кимберлиты легко укладываются в рамки моделей зарождающегося мантийного потока или альтернативной.