Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Акцессорные минералы ксенолитов деформированных перидотитов из кимберлитов трубки Удачная-Восточная (Якутия): происхождение и петрогенетическое значение

ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Акцессорные минералы ксенолитов деформированных перидотитов из кимберлитов трубки Удачная-Восточная (Якутия): происхождение и петрогенетическое значение"

На правах рукописи

ШАРЫГИН Игорь Сергеевич

АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ КСЕНОЛИТОВ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПЕРИДОТИТОВ ИЗ КИМБЕРЛИТОВ ТРУБКИ УДАЧНАЯ-ВОСТОЧНАЯ (ЯКУТИЯ): ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ПЕТРОГЕНЕТИЧЕКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

25.00.05 - минералогия, кристаллография 25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

005553662

г 3 ОКТ 2014

Новосибирск 2014

005553662

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геологии и минералогии им. B.C. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГМ СО РАН).

Научные руководители:

Похиленко Николай Петрович, академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, директор ИГМ СО РАН

Головин Александр Викторович, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории минералов высоких давлений и алмазных месторождений (№451) ИГМ СО РАН

Официальные оппоненты:

Гаранин Виктор Константинович, доктор геолого-минералогических наук, директор Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН (г. Москва)

Зайцев Анатолий Николаевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры минералогии Института наук о Земле при Санкт-Петербургском государственном университете

Ведущая организация:

ФГБУН Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (г. Москва)

Защита состоится 26 ноября 2014 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д003.067.02, созданного на базе ИГМ СО РАН, в конференц-зале. Адрес: 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга 3; факс: (383) 333-21-30; e-mail: gaskova@igm.nsc.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ИГМ СО РАН. Адрес сайта: http://www.igm.nsc.ru, раздел «Образование».

Автореферат разослан 10 октября 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета .

доктор геолого-минералогических наук ^^ O.JI. Гаськова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Акцессорные минералы1 мантийных ксенолитов из щелочных базапьтоидов и кимберлитов являются уникальным источником петрогенетической информации о процессах преобразования вещества пород in situ в мантии и во время их транспортировки к поверхности [Haggerty, Sautter, 1990; Добрецов и др., 1992; Frezzotti et al., 1994; Wulff-Pedersen et al., 1996; Klügel, 1998; Andersen, Neumann, 2001; Bali et al., 2002; Литасов и др., 2003; Misra et al., 2004; Moine et al., 2004; Beard et al., 2007; Головин, Шарыгин, 2007; Araùjo et al., 2009; Alifirova et al., 2012; Соловьева и др., 2012; Ziberna et al., 2013]. Акцессорные минералы в ксенолитах находятся в виде одиночных зерен или скоплений в интерстициях между породообразующими минералами, слагают микрожилы, присутствуют в виде кристаллических включений в породообразующих минералах и образуют каймы вокруг них. Кристаллические фазы в составе флюидных и расплавных включений в породообразующих минералах также относятся к акцессорным минералам.

Ксенолиты деформированных перидотитов являются одними из наиболее глубинных образцов вещества субкратонной литосферной мантии Земли (CKJIM), выносимых кимберлитовой магмой [Boyd, 1973; Соболев, Похилен-ко, 1975; Pearson et al., 2003; O'Reilly, Griffin, 2010; Agashev et al., 2013]. Подавляющее большинство опубликованных работ по мантийным ксенолитам из кимберлитов в целом и деформированным перидотитам в частности посвящено определению валовых петрохимических, геохимических, изотопных характеристик нодулей и изучению породообразующих минералов, в то время как акцессорные минералы остаются слабо исследованными.

Целью работы являлась реконструкция процессов преобразования вещества пород основания литосферной мантии Сибирского кратона по результатам изучения акцессорных минералов в ксенолитах деформированных перидотитов из кимберлитов трубки Удачная-Восточная.

Задачи исследования: 1) провести минералого-петрографическое изучение ксенолитов; 2) определить химический состав породообразующих минералов ксенолитов; 3) оценить Р-Т параметры последнего равновесия ассоциаций породообразующих минералов ксенолитов для того, чтобы установить положение перидотитов в разрезе CKJIM; 4) изучить акцессорные минералы, заключенные в виде включений в породообразующих минералах ксенолитов; 5) исследовать акцессорные минералы в межзерновом пространстве ксенолитов; 6) установить влияние присутствия акцессорных минералов на валовые петрохимический и редкоэлементный составы ксенолитов; 7) провести интерпретацию полученных результатов с привлечением литературных данных, установить Р-Т параметры кристаллизации акцессорных минералов ксенолитов и выяснить особенности их генезиса.

Предмет исследования - процессы преобразования вещества CKJIM.

'Акцессорные минералы (от позднелатинского accessorius - добавочный) - минералы, содержащиеся в горных породах в незначительных количествах (менее 1%) [Горная энциклопедия, 1984].

Объект исследования - ксенолиты деформированных перидотитов из кимберлитов трубки Удачная-Восточная (Якутия).

Фактический материал и личный вклад автора. В работе использована представительная коллекция уникальных неизмененных ксенолитов деформированных перидотитов (25 образцов). Автором лично было изготовлено и изучено более 200 шлифов и более 500 препаратов для исследований; выполнено более 400 микрозондовых определений состава породообразующих минералов и более 1000 - акцессорных минералов; получено более 2000 энергодисперсионных спектров акцессорных минералов, более 500 изображений в отраженных электронах, и более сотни карт распределения элементов методом сканирующей электронной микроскопии; получено и расшифровано более 500 спектров комбинационного рассеяния света акцессорных минералов; проведено более пятидесяти термометрических и более пятидесяти криомет-ричеких опытов с расплавными и флюидными включениями. Данные по пет-рохимическому (РФА анализ) и валовому редкоэлементному (метод ICP-MS) составам 8 ксенолитов из коллекции, а также данные по редким элементам (метод LA ICP-MS) в породообразующих минералах ксенолитов, получены к.г.-м.н. A.M. Агашевым.

Научная новизна.

1) Установлено, что в ксенолитах деформированных перидотитов помимо минералов первичного парагенезиса (породообразующие силикаты и акцессорные Fe-Ni-Cu-сульфиды) присутствует значительное количество наложенных акцессорных минералов, представленных 34 минеральными видами, из которых 11 впервые диагностированы в мантийных породах.

2) Впервые детально изучены вторичные расплавные включения в породообразующем оливине деформированных перидотитов. Оценены минимальные Р-Т параметры формирования включений (1.5 ГПа, 600 °С), которые свидетельствуют об их мантийном происхождении (> 50 км). Показана генетическая связь этих включений с расплавами, формировавшими кимберлиты трубки Удачная-Восточная.

3) Присутствие беркеита Na6C03(S04)2 и тихита Na6Mg2(C03)4(S04) в рас-плавных включениях в породообразующем оливине ксенолитов свидетельствует о возможности их кристаллизации в магматических системах. Ранее эти минералы были известны лишь в составе осадочных и гидротермальных ассоциаций.

4) Показано, что в ксенолитах деформированных перидотитов образование акцессорного джерфишерита K,5(Na,Cu)(Fe,Ni,Cu)24S26Cl является результатом взаимодействия нодулей с кимберлитовыми расплавами.

5) Главными концентраторами редких элементов в ксенолитах деформированных перидотитов являются акцессорные наложенные минералы, такие как перовскит (РЗЭ, Th, Nb, Та, U, Pb, Y), апатит (РЗЭ), слюда (К, Rb, Ва), джерфишерит (К, Rb), арагонит и кальцит (Sr). Установлено, что эти минералы генетически связаны с кимберлитовыми расплавами.

Научная значимость работы.

1) Присутствие арагонита - высокобарической полиморфной модификации карбоната кальция, совместно с щелочными карбонатами, сульфатами, сульфидами и хлоридами во вторичных расплавных включениях в оливине деформированных перидотитов свидетельствует о мантийном источнике щелочей и хлора в расплавах, формировавщих кимберлиты трубки Удачная-Восточная.

2) Джерфишерит в мантийных ксенолитах рассмотрен в качестве минерала-индикатора изначального обогащения хлором кимберлитовых расплавов.

3) Генетически связанные с кимберлитовым магматизмом наложенные акцессорные минералы значительно влияют на валовые содержания редких элементов в ксенолитах перидотитов. Это влияние необходимо учитывать при использовании валовых геохимических характеристик нодулей для реконструкции мантийных процессов.

4) Результаты работы имеют значение для развития представлений о процессах преобразования вещества пород основания CKJIM.

Соответствие результатов работы научным специальностям. Результаты работы соответствуют пункту 2 (минералогия земной коры и мантии Земли, ее поверхности и дна океанов) паспорта специальности 25.00.05 и пункту 4 (изучение химического состава всех типов природного вещества (земной коры, глубинного вещества Земли, гидросферы, атмосферы, живого вещества, внеземного вещества) и закономерностей распространенности в них химических элементов и изотопов) паспорта специальности 25.00.09.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 7 статей в российских и зарубежных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК. Отдельные положения работы представлялись как лично автором, так и соавторами на Международной конференции «Кристаллогенезис и Минералогия» (Санкт-Петербург, 2007), Международных конференциях «Щелочной магматизм Земли» (Санкт-Петербург, 2008; Коктебель, Украина, 2010; Минск, Беларусь, 2011), 8-ой, 10-ой и 11-ой Международных конференциях «Raman Spectroscopy Applied to the Earth Sciense - Sensu Latu» (Гент, Бельгия, 2008; Нанси, Франция, 2012; Сент-Луис, США, 2014), XIII и XIV Международных конференциях по термобарогеохимии (Москва, 2008; Новосибирск, 2010), 9-ой и 10-ой Международных кимберлитовых конференциях (Франкфурт-на-Майне, Германия, 2008; Бангалор, Индия, 2012) и 6-ой Международной конференции «Orogenic Lherzolite» (Марракеш, Марокко, 2014).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения общим объемом 248 страниц. В ней содержится 103 рисунка, 4 таблицы и 23 приложения. Список литературы включает 264 наименования.

Во введении определены цели и задачи работы, дана общая характеристика работы, а также сформулированы защищаемые положения. В первой главе приводится краткий обзор основных публикаций, посвященных изучению акцессорных минералов в ксенолитах мантийных пород из кимберлитов. Во

второй главе дана характеристика неизмененных кимберлитов и ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная. В третьей главе описаны методы исследования, использованные в работе. В главах с четвертой по шестую изложены результаты исследования акцессорных минералов ксенолитов деформированных перидотитов. В седьмой главе обсуждаются полученные результаты, приводится анализ Р-Т параметров кристаллизации акцессорных минералов и изложены выводы относительно их происхождения и петрогенетического значения.

Благодарности. Работа выполнена в лаборатории минералов высоких давлений и алмазных месторождений ИГМ СО РАН под руководством зав.лаб. академика РАН д.г.-м.н. Н.П. Похиленко и к.г.-м.н. A.B. Головина, которым автор выражает свою глубокую признательность. Автор благодарен академику РАН д.г.-м.н. Н.В. Соболеву, д.г.-м.н. A.B. Корсакову, д.г.-м.н. Д.А. Зедгенизову, д.г.-м.н. К.Д. Литасову, к.г.-м.н. JI.H. Похиленко, к.г.-м.н. А.Ф. Шацкому, к.г.-м.н. В.В. Шарыгину, к.г.-м.н. A.M. Агашеву, к.г.-м.н. A.M. Логвиновой, к.г.-м.н. А.А Гибшер, к.г.-м.н. В.Г. Мальковцу, к.г.-м.н. П.Н. Гаврюшкину, к.г.-м.н. С.С. Лобанову и Т.А. Алифировой за обсуждение результатов исследования и ценные советы, д.г.-м.н. Ю.Н. Пальянову, д.г.-м.н. Лепезину Г.Г. и д.г.-м.н. A.A. Томиленко за критический анализ рукописи и конструктивные замечания, к.г.-м.н. E.H. Нигматулиной, к.г.-м.н. Н.С. Карманову, к.г.-м.н. А.Т. Титову, к.х.н. Л.Н. Поспеловой, Л.В. Усовой и И.А. Мадюкову за содействие в проведении аналитических работ. Особую благодарность автор выражает к.г.-м.н. A.M. Дымшиц за поддержку и помощь в оформлении работы. Работа финансово поддержана грантами РФФИ (07-05-00072-а, 10-05-00575-а, 11-05-91060-НЦНИ-а, 12-05-01043-а, 12-05-31116-мол-а, 13-05-00439-а), Президента РФ (МК-2138.2007.5), ИГМ СО РАН (ВМТК № 13, 2009-2011 гг.) и Министерства образования и науки РФ (№ 14.В25.31.0032).

Принятые обозначения минералов. Породообразующие: 01р и 01„ -

порфирокласты и необласты оливина; Орхр и Орхп — порфирокласты и необ-ласты ортопироксена; Срх, - клинопироксен; Grt - гранат. Акцессорные: 012 - наложенный оливин; Орх2 - наложенный ортопироксен; Срх2 - наложенный клинопироксен; Sp - алюмошпинель; Nat - натрит; обозначения других минералов представлены в Табл. 1.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Кимберлитовая трубка Удачная находится в Далдыно-Алакитском районе Якутской алмазоносной провинции (Сибирская платформа) и относится к среднепалеозойскому (D-C) циклу кимберлитового магматизма [Дэвис и др., 1980; Кинни и др., 1997; Харькив и др., 1998; Агашев и др., 2004]. Трубка Удачная состоит из двух сопряженных тел - западного (353 ± 5 млн. лет.) и восточного (367 ± 5 млн. лет). При разработке карьера в 2001 году в центральной части восточного тела на глубинах 420-620 м были вскрыты уни-

кальные неизмененные гипабиссальные кимберлиты, которые в отличие от большинства кимберлитов мира не затронуты приповерхностными постмагматическими изменениями [Головин, 2004; Maas et al., 2005; Kamenetsky et al, 2004, 2009, 2012]. Уникальными характеристиками этих кимберлитов являются низкие содержания Н20 (< 0.5 мас.%) и высокие - щелочей (до 8 мас.% Na20 + К20) и С1 (до 6 мас.%). Все остальные химические характеристики пород являются идентичными кимберлитам мира. Минералогия основной массы неизмененных кимберлитов представлена в Табл. 1. Ксенолиты мантийных пород из этого блока также не изменены [Шарыгин и др., 2012; Doucet et al., 2012; Agashev et al., 2013].

Основанием для выбора деформированных перидотитов в качестве объекта исследования является то, что этот тип пород встречается в кимберлито-вых трубках практически всех древних кратонов и залегает в основании СКЛМ [Boyd, 1973; Соболев, Похиленко, 1975; Pearson et al., 2003; O'Reilly, Griffin, 2010; Agashev et al., 2013]. Среди изученных образцов из трубки Удачная-Восточая присутствуют 21 лерцолит, 3 гарцбургита и один дунит. Первичный парагенезис ксенолитов представлен породообразующими силикатами (оливином (Fo86.91), ортопироксеном, клинопироксеном и гранатом) и акцессорными Fe-Ni-Cu-сульфидами (пирротином, пентландитом и халькопиритом). Общий рисунок структуры деформированных перидотитов (часто называемых еще порфирокластическими) определяется крупными порфирок-ластами граната, пироксенов и оливина в матрице, состоящей из мелких полигональных зерен - необластов, главным образом оливина, реже пироксенов

(Рис. 1). Р-Т параметры последнего равновесия ассоциаций породообразующих минералов перидотитов, оцененные с использованием общепринятых термобарометров [MacGregor, 1974; Finnerty, Boyd, 1987; Brey, Köhler, 1990], составляют 1150-1400 °C и 6-7.5 ГПа, что соответствует глубинам 180-230 км.

Первое защищаемое положение. Идентичность минералогии раскри-сталлизованных вторичных расплавных включений в оливине ксенолитов деформированных перидотитов и минералогии основной массы уникальных по сохранности кимберлитов трубки Удачная-Восточная свидетельствует о генетической связи между расплавом, взаимодействовавшим с перидотитами, и магмой, формировавшей трубку. Присутствие арагонита - высокобарической полиморфной модификации карбоната кальция, совместно с щелочными карбонатами, сульфатами, сульфидами и хлоридами во включениях

Рис. 1. Перидотит с порфирокпастической структурой, образец 11У-6/05. (б) Увеличенный участок шлифа, демонстрирующий взаимоотношения двух типов породообразующего оливина: крупные ксеноморфные зерна -порфирокласты и мелкие полигональные зерна - необ-ласты.

свидетельствует об обогащении кимберлитовых расплавов щелочами и хлором на мантийных глубинах (> 50 км).

В породообразующих оливинах ксенолитов как в порфирокластах (Рис. 2 а, б), так и в необластах (Рис. 2 в) присутствуют расплавные включения размером от первых до 100 мкм. Включения, согласно критериям Г.Г. Леммлей-на [1959], Н.П. Ермакова [1972] и Э. Рёдцера [1987], являются вторичными. Они располагаются вдоль залеченных трещин, которые либо выклиниваются, либо полностью секут зерна минерала-хозяина (Рис. 2). Состав зерен породообразующего оливина отличается от состава оливина вдоль залеченных трещин. Форма включений различная: от неправильной до полуограненной.

Расплавные включения состоят из деформированного пузырька усадки (Рис. 3 а), тонкораскристаллизованного агрегата (ТКА) и кристаллических фаз, представленных 30 минеральными видами, среди которых присутствуют различные по составу карбонаты, сульфаты, хлориды, сульфиды, фосфаты, оксиды и силикаты (Табл. 1). Индивидуальные включения в пределах одной трещины характеризуются различным количеством фаз (до 20 в одном включении), а также различными их соотношениями. Отсутствие в КР-спектрах пузырька усадки каких-либо пиков, кроме линий минерала-хозяина, свидетельствует о том, что он не содержит какой-либо флюидной фазы в детектируемых количествах. ТКА по данным КР- и энергодисперсионной спектроскопии состоит из карбонатов, сульфатов и хлоридов.

расплавные включения в порфирокласте (а, б) и необластах (в) оливина. Проходящий свет: (а, в) - николи параллельны, (б) - николи скрещены. Яркие светящиеся фазы в скрещенных николях - карбонаты.

Температура начала плавления вещества включений варьирует в узком интервале от 490 до 560 °С. При нагреве деформированный пузырек усадки приобретает сферическую форму (Рис. 3 а). Дальнейшее нагревание включений приводит либо к их гомогенизации при 620-1100 °С (Рис. 3 а), либо к их декрепитации при 650-850 °С.

Различие форм, количества кристаллических фаз и температур гомогенизации для индивидуальных включений в пределах одной трещины является результатом ее залечивания и расшнуровывания расплава [Рёдцер, 1987].

Минералогия изученных включений близка минералогии первичных рас-плавных щелочно-карбонатных включений в оливине карбонатитов Ковдор-ского массива (Табл. 1). Наблюдения при скрещенных николях показывают,

что значительная часть прозрачных кристаллических фаз расплавных включений в оливине ксенолитов представлена карбонатами (Рис. 2 а, б). Вещество включений после гомогенизации не закаливается в стекло, а образует ТКА. Такое поведение характерно для карбонатных и карбонатно-силикатных расплавов [Литасов и др., 2010; Safonov et al., 2011; Jones et al., 2013; Шарыгин и др., 2013]. Совокупность приведенных выше фактов свидетельствует о карбонатно-силикатном составе расплава, проникавшего вдоль трещин в оливин ксенолитов деформированных перидотитов. Присутствие щелочных карбонатов, сульфатов, сульфидов и хлоридов во включениях указывает на то, что этот расплав был обогащен щелочами и хлором.

Минеральный состав изученных расплавных включений идентичен минералогии основной массы уникальных по сохранности кимберлитов трубки Удачная-Восточная, а также минеральному составу расплавных включений в фенокристаллах оливина кимберлитов (Табл. 1), что свидетельствует о генетической связи между расплавом, взаимодействовавшим с перидотитами, и магмой, формировавшей трубку.

Считается, что структуры деформированных перидотитов возникли в результате рекристаллизации исходно зернистых перидотитов в основании СКЛМ. Присутствие вторичных расплавных включений как в необластах, так и в порфирокластах оливина свидетельствует о том, что инфильтрация расплава по трещинам в оливине происходила после деформации перидотитов. Считается, что минералы рекристаллизовались незадолго до захвата нодулей кимберлитовой магмой, так как эксперименты по отжигу свидетельствуют, что структуры деформированных перидотитов могут сохраняться только в течение нескольких лет при температурах мантии [Goetze, 1975; Mercier, 1979; Drury, Van Roermund, 1989; Pearson et al., 2003]. Таким образом, проникновение расплава по трещинам в оливин перидотитов по времени сопряжено с проявлением кимберлитового магматизма.

Модели формирования расплавных включений в оливине деформированных перидотитов подробно рассмотрены в главе 7 (раздел 1) диссертации. Образование трещин в оливине и взаимодействие перидотитов с расплавами могло происходить как in-s it и на глубинах залегания пород, так и при транспортировке нодулей к поверхности. Таким образом, расплав, проникавший в оливин по трещинам являлся либо протокимберлитовым, то есть просачивавшимся через перидотиты на этапе деформаций, либо кимберлитовым, то есть выносившим ксенолиты.

Температура начала плавления вещества включений (490-560 °С), то есть эвтектика системы, является наименьшей возможной температурой их формирования. Гомогенизация индивидуальных включений начинается при 620 °С, что свидетельствует об их формировании выше этой температуры. Ламели пентландита в пирротине из включений являются результатом распада высокотемпературного моносульфидного твердого раствора (Mss) (Рис. 3 б). Сопоставление составов пентландита, пирротина и рассчитанного перво-

600

800

Температура (°С) 1000 1200

1400 1600

Осадочный чехоп . Минимальная температура формироаания включений ; Минимальное давление формирования включений ¡U--------------------v------------------Мохо- —

Кальцит

50

начального Mss с фазовыми диаграммами показывает, что распад Mss во включениях произошел между 500 и 600 °С (Рис. 3 в). Очевидно, что температура формирования индивидуальных включений была выше 600 °С. Таким образом, Т = 600 °С может быть обоснованно принята в качестве минимальной температуры формирования вторичных расплавных включений в оливине деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная.

Минимальное давление формирования индивидуальных включений может быть оценено проецированием минимальной температуры на линию фазового перехода кальцит-арагонит. Арагонит используется в качестве индикатора высоких давлений как для метаморфических комплексов [Chopin et al., 2008; Korsakov et al., 2009, 2011], так и для магматических пород [Humphreys et al., 2010; Hurai et al., 2013]. Эксперименты по плавлению неизмененного кимберлита трубки Удачная-Восточная показали, что арагонит кристаллизуется из щелочного карбонатно-силикатного расплава при давлениях более 4 ГПа (Рис. 4). Проецирование температуры 600 °С на линию фазового перехода кальцит-арагонит, установленную различными методами, дает давление 1.5 ГПа (Рис. 4). Присутствие же кальцита в некоторых включениях свидетельствует о том, что раскристаллизация расплава внутри этих включений, продолжалась при давлениях ниже линии фазового перехода кальцит-арагонит.

Результаты изучения расплавных включений имеют важное значение для петрогенезиса неизмененных кимберлитов трубки Удачная-Восточная. Источник щелочей (Na и К) и хлора в этих кимберлитах является дискуссионным. Одни работы доказывают, что эти компоненты имеют мантийное происхождение [Maas et al., 2005; Kamenetsky et al., 2009,

Арагонит

•4P

i 150C P-T параметры деформированных перидотитоэ: » ® BKN

о ® FB96 & MG74 200

Рис. 4. Р-Т диаграмма, иллюстрирующая возможные минимальные давления формирования расплавных включений, в которых был диагностирован арагонит. Проекция Т = 600 °С (минимальная температура формирования включений) на фазовую границу кальцит-арагонит дает минимальное давление 1.5 ГПа. Линия фазового перехода кальцит-арагонит по разным авторам: 1 - [Redfern et al., 1989]; 2 - [Irving, Wyllie, 1975]; 3 - [Matas et al., 2000]; 4 - [Mirwald, 1976]; 5 - [Suito et al., 2001]. Условия синтеза кальцита и арагонита в экспериментах по плавлению неизменного кимберлита трубки Удачная-Восточная показаны соответственно черными квадратами и кругами [Шарыгин и др., 2013]. Красные и желтые круги - оцененные различными методами Р-Т параметры залегания изученных деформированных перидотитов в разрезе CKJTM. Круги с крестиком - образцы, в которых был диагностирован арагонит.

2012]. Другие предполагают, что обогащение щелочами и хлором является либо результатом ассимиляции кимберлитовым расплавом соленосных отложений, либо следствием взаимодействия кимберлитов с рассолами, распространенными в осадочном чехле Сибирской платформы [Kostrovitsky et al., 2013; Kopylova et al., 2013]. Индивидуальные, вторичные расплавные включения в оливине ксенолитов деформированных перидотитов формировались на глубинах существенно больших границы осадочный чехол-фундамент, что свидетельствует об обогащении кимберлитовых расплавов щелочами и хлором уже на мантийных глубинах (> 50 км) (Рис. 4).

Данный вывод также подтверждается тем, что волокнистые алмазы трубки Удачная, генетически связанные с кимберлитовым магматизмом, содержат карбонатитовые расплавные/флюидные включения с высокими концентрациями щелочей и хлора [Zedgenizov et al., 2007, 2012; Weiss et al., 2011].

Второе защищаемое положение: В межзерновом пространстве породообразующих минералов ксенолитов установлено значительное количество акцессорных минералов (>17 минеральных видов), образование которых является результатом инфильтрации расплава, генетически связанного с кимберлитовым магматизмом. Наложенные акцессорные минералы являются продуктами как реакций этого расплава с первичными минералами ксенолитов, так и непосредственной раскристаллизации расплава, преобразованного в результате реакций.

В межзерновом пространстве породообразующих минералов ксенолитов деформированных перидотитов можно выделить несколько типов наложенных акцессорных минералов: 1) минералы интерстиционных обособлений и микрожил; 2) минералы реакционных кайм на породообразующих силикатах; 3) джерфишерит, окаймляющий крупные выделения первичных акцессорных Fe-Ni-Cu-сульфидов.

В ксенолитах выявлены интерстиционные обособления наложенных минералов, представленных пирротином, пентландитом, джерфишеритом, пе-ровскитом, хромитом, магнетитом, апатитом, тетраферрифлогопитом, флогопитом, монтичеллитом, форстеритом (F093.94), содалитом, диопсидом, гуми-том, клиногумитом, кальцитом и арагонитом (Рис. 5 а-д, Табл. 1). О наложенном характере этих минералов свидетельствует то, что они также слагают и микрожилы мощностью до 200 мкм, секущие ксенолиты (Рис. 5 е). Взаимоотношение минералов интерстиционных обособлений и микрожил свидетельствует о том, что они, вероятно, образовались в результате единого процесса.

За исключением арагонита, остальные наложенные акцессорные минералы интерстиционных обособлений и микрожил в ксенолитах деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная были установлены среди минералов основной массы вмещающих кимберлитов и расплавных включений в фенокристаллах оливина из вмещающих кимберлитов (Табл. 1). Все минералы интерстиционных обособлений и микрожил также присутствуют в рас-

плавных включениях в оливине ксенолитов. Кроме того, составы некоторых минералов идентичны составу соответствующих минералов основной массы кимберлитов и расплавных включений в оливине ксенолитов (Рис. 6). Эти факты свидетельствуют о том, что наложенные акцессорные минералы ин-терстиционных обособлений и микрожил в ксенолитах деформированных перидотитов являются результатом инфильтрации расплава, связанного с кимберлитовым магматизмом.

ЩрЦШ^Нрг ц ^■■¡^Кжкр НК*ро шШШ ОЯ^ь4 ЯЮВ 1 '''Иь^ Нк 'Мл^И 1 ш ^ 01, мш ■ 01„ 01 0|. щ % МП, ф/ мт т 20 мкм 01. ч 01"

Щ.^- 01. 01г 01 \ 01, Ар АРу 0 О 01, РИ1 . г01 ^ ! ■ /' Ро о'. д 100 мкм I , ■■■■ РЫ

Рис. 5. Наложенные акцессорные минералы в интерстиционных обособлениях (а-д) и микрожилах (е) ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная. Изображения в отраженных электронах.

Однако, в минералогии интерстиционных обособлений и микрожил есть и отличия от минерального состава расплавных включений в оливине ксенолитов, выраженные в отсутствии щелочных карбонатов, сульфатов и хлоридов (Табл. 1). Логичным объяснением этому является то, что расплавные включения в оливине наиболее близко отражают состав первоначального прото-кимберлитового/кимберлитового расплава, проникавшего в перидотиты, в то время как минералы интерстиционных обособлений и микрожил кристаллизовались из расплава, преобразованного в результате реакций с минералами первичного параненезиса ксенолитов.

Вокруг ортопироксена были диагностированы реакционные каймы, состоящие из клинопироксена, форстерита (Ро91.94), флогопита, содалита и хромита (Рис. 7 а, б). Клинопироксен в каймах характеризуется губчатой структурой, обусловленной многочисленными порами (Рис. 7 а). Трещины в орто-пироксене частично залечены клинопироксеном, в котором также присутствуют пустоты (Рис. 7 б). Эти поры и пустоты, вероятно, представляют собой следы вскрытых флюидных включений.

В ортопироксене были установлены вторичные флюидные включения размером до 20 мкм (Рис. 7 в), состоящие из нескольких дочерних кристаллов

и флюидного обособления. Индивидуальные включения в пределах группы имеют практически идентичные объемные соотношения фаз. Исследования методом KP-спектроскопии показали, что одни дочерние кристаллы, вероятно, хлориды, не дают никаких пиков на KP-спектрах, а другие характеризуется наличием пика 1080 см 1 (Рис. 7 д), являющимся самым интенсивным пиком, отвечающим колебаниям С032" группы в натрите Na2C03 [Buzgar, Apopei, 2009]. Результаты криометрических экспериментов (Рис. 7 г) и КР-спектроскопии (Рис. 7 е) флюидного обособления свидетельствуют о его уг-лекислотном составе. Таким образом, включения в ортопироксене представляют собой изначально гомогенный углекислотный флюид, обогащенный Na и Cl.

Результаты изучения расплавных включений в оливине свидетельствуют о том, что протокимберлитовый/кимберлитовый расплав, проникавший в ксенолиты, имел карбонатно-силикатный состав. Его взаимодействие с породообразующими силикатами деформированных перидотитов можно рассмотреть в рамках модельной экспериментальной системы карбонатизированного перидотита [Wallace, Green, 1988; Falloon, Green, 1989; Thibault et al., 1992; Sweeney, 1994]. В этой системе при давлениях 2-3 ГПа установлены следующие реакции расплава с ортопироксеном:

Орх + Карбонатный расплав —> Срх + Ol + С02 (Î), [ 1 ]

Орх + Карбонатный расплав —> Срх + Ol + Phi + С02 (Т) [2]

Минералы кайм на ортопироксене, а также вторичные углекислотные флюидные включения в ортопироксене, вероятно, являются продуктами таких реакций во время подъема ксенолитов кимберлитовой магмой при Р < 3 ГПа. Экспериментально показано, что натрий и хлор могут концентрироваться во флюидной фазе при дегазации расплава [Baker, Alletti, 2012; Beermann et al., 2006; Veksler, Keppler, 2000]. Присутствие хлоридов и натри-та в углекислотных флюидных включениях в ортопироксене ксенолитов подтверждают экспериментальные данные. Таким образом, обеднение хлором и натрием расплавов, из которых, кристаллизовались наложенные минералы интерстиционных обособлений и микрожил, могло происходить в результате перераспределения этих компонентов во флюидную фазу, образующуюся согласно реакциям [1, 2]. Декарбонатизация расплава в межзерновом пространстве ксенолитов с выделением флюидной фазы возможна и просто за счет понижения давления.

Реакционные каймы на породообразующем оливине представлены монти-челлитом и гумитом/клиногумитом или просто изменением состава оливина по краю (Рис. 8 а). Составы монтичеллита и гумита/клиногумита из кайм идентичны таковым из интерстиционных обособлений и микрожил, что свидетельствует об образовании кайм в результате реакций с протокимберлито-вым/кимберлитовым расплавом.

Взаимодействие протокимберлитового/кимберлитового расплава с породообразующим клинопироксеном привело к образованию кайм, состоящих из флогопита и клинопироксена другого состава (Рис. 8 б).

Гранат ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная окружен келифитовыми каймами (Рис. 8 в), состоящими из клинопироксена, ортопироксена, флогопита, Na-Al-силиката (содалита или пар-гасита) и зональных шпинелидов (хромит—>алюмошпинель—>магнетит). Эти каймы подобны тем, что описаны в предыдущих публикациях, посвященных перидотитам как из трубки Удачная, так и из других кимберлитов мира [Dawson, 1984; Харькив, Вишневский, 1989; Drury, Van Roermund, 1989; Franz et al., 1996; Бобров, 1997; Егоров и др., 2004]. Из имеющихся данных сложно сделать однозначный вывод о генезисе келифитовых кайм. Подробно эта проблема обсуждается в главе 7 (раздел 2) диссертации. В целом, существуют две основные модели образования келифитовых кайм: 1) воздействие мантийных расплавов, не связанных с кимберлитовым магматизмом (мантийный метасоматоз); 2) воздействие кимберлитового расплава или флюида, отделившегося от расплава. Согласно экспериментальным данным, алюмо-шпинель и паргасит устойчивы в любых перидотитовых системах при давлениях менее 3 и 4 ГПа, соответственно [Wallace, Green, 1988; Sweeney, 1994; Franz et al., 1996], что указывает на возможность их образования в келифитовых каймах только во время транспортировки нодулей кимберлитовой магмой. Таким образом, образование, по крайней мере, части минералов келифитовых кайм связано с инфильтрацией кимберлитового расплава в ксенолиты.

Рис. 8. Реакционные каймы на породообразующих оливине (а), клинопироксене (б) и гранате (в).

В пространстве между породообразующими минералами ксенолитов выявлены крупные (до 300 мкм) полисульфидные выделения, внутренняя часть которых сложена пирротином, пентландитом и, иногда, халькопиритом. Ре-№-Си-сульфиды всегда окружены каймой джерфишерита (Рис. 9 д).

Следует отметить, что в породообразующих силикатах присутствуют сульфидные глобулы двух типов: изолированные (Рис. 9 а, б) и неизолированные, через которые проходят трещины, секущие минерал-хозяин (Рис. 9 в, г). Первые состоят из пирротина, пентландита и халькопирита (Рис. 9 б), тогда как для вторых, помимо Ре-№-Си-сульфидов, характерно присутствие джерфишерита, располагающегося по периферии глобул (Рис. 9 г). Эти факты свидетельствуют о том, что Ре-№-Си-сульфиды являются первичными

минералами, а джерфишерит образовался за счет их замещения в результате реакции с протокимберлитовым/кимберлитовым расплавом, который проникал по трещинам. По аналогии, Fe-Ni-Cu-сульфиды в крупных полисульфидных выделениях в межзерновом пространстве ксенолитов (Рис. 9 д) также являются первичными минералами, в то время как джерфишерит - наложенным минералом.

Джерфишерит является довольно частым акцессорным минералом ксенолитов из различных кимберлитов мира, а также самих кимберлитов. В настоящий момент находки джерфишерита, помимо трубки Удачная, известны в 15 трубках различного возраста на разных кратонах в России, Гренландии, Канаде, Финляндии, и Южной Африке (Табл. 2). По аналогии с изученными перидотитами, образование джерфишерита в других ксенолитах, вероятно, также связано с инфильтрацией протокимберлитового/кимберлитового расплава. Таким образом, присутствие джерфишерита как в кимберлитах, так и в мантийных нодулях указывает на то, что хлор и щелочи являлись важными компонентами значительной части кимберлитовых расплавов, а не только трубки Удачная-Восточная.

Третье защищаемое положение: Генетически связанные с кимберлито-вым магматизмом наложенные акцессорные минералы, такие как перов-скит, апатит, слюда, джерфишерит, арагонит и кальцит, являются главными концентраторами редких элементов в ксенолитах деформированных перидотитов. Присутствие этих минералов оказывает существенное влияние на валовые содержания редких элементов в ксенолитах, увеличивая концентрации РЗЭ, РЪ и Sr — в разы, a Rb, Ва, К, Th, U, Nb и Та - на один-два порядка.

Валовый редкоэлементный состав ксенолитов перидотитов из кимберлитов используется для реконструкции эволюции вещества CKJIM [Boyd et al., 1997; Kopylova, Russell, 2000; Ionov et al., 2010; Tang et al., 2013]. Считается, что частичное плавление и мантийный метасоматоз являются основными геологическими процессами, изменяющими состав CKJIM. Экстракция расплавов при частичном плавлении приводит к истощению перидотитов несовместимыми элементами, в то время как просачивание метасоматизирующих расплавов/флюидов - к обогащению.

Валовые концентрации редких элементов могут быть либо непосредственно измерены при анализе порошка, изготовленного из ксенолита, либо рассчитаны, исходя из составов породообразующих минералов ксенолитов и их модальных количеств. Впервые результаты двух подходов были сопоставлены для ксенолитов как зернистых, так и деформированных перидотитов из кимберлитов Никое (Сомерсет Айленд, Канада) [Schmidberger, Francis, 2001]. Оказалось, что рассчитанный валовый состав ксенолитов характеризуется дефицитом редкоземельных элементов (РЗЭ) относительно измеренного (Рис. 10 а). С.С. Шмидбергер и Д. Фрэнсис предположили, что такая разность может объясняться присутствием интерстиционных минералов, которые кри-

сталлизовались из проникавшего в ксенолиты кимберлитового расплава. Добавление от 0.4 до 2 мае. % вмещающего кимберлита к рассчитанным валовым концентрациям РЗЭ позволило получить спектр распределения РЗЭ идентичный спектру для измеренных валовых концентраций РЗЭ (Рис. 10 а), что подтвердило предположение С.С. Шмидбергера и Д. Фрэнсиса [Schmidberger, Francis, 2001]. Однако, интерстиционные минералы в перидотитах из кимберлитов Никое не были обнаружены.

Для исследованных ксенолитов трубки Удачная-Восточная наблюдается подобная картина - рассчитанные концентрации большинства редких элементов всегда в разы (РЗЭ) и на порядки (КИЛЭ - крупноионные литофиль-ные элементы, ВЗЭ - высокозарядные элементы) меньше чем измеренные (Рис. 10 б). Это свидетельствует о том, что значительный вклад в баланс редких элементов вносят наложенные акцессорные минералы. В ксенолитах деформированных перидотитов в настоящей работе были диагностированы наложенные акцессорные минералы, образование которых является результатом инфильтрации расплава, генетически связанного с кимберлитовым магматизмом. Наложенные минералы находятся не только в межзерновом пространстве ксенолитов, но также присутствуют и во вторичных раскристалли-зованных расплавных и флюидных включениях в породообразующих минералах.

Ce Nd Eu ïb Но Tm Lu

Pb La P. &rv ("_>.! Dy ci ,„ v Ce Nd Eu ТЪ Ho Tm Lu

Рис. 10. Спектры распределения редких элементов (РЭ), нормированные к хондриту [McDonough, Sun, 1995]. (а) Иллюстрация эффекта контаминации кимберлитовым расплавом ксенолитов на примере деформированного перидотита (образец NK1-7) из кимберлитов Никое [Schmidberger, Francis, 2001]. Спектр распределения измеренных валовых содержаний РЗЭ в ксенолите в сравнении с рассчитанными, а также в сравнении с РЗЭ-спектром рассчитанных концентраций + кимберлит, (б) Сравнение спектров распределения для измеренных и рассчитанных валовых содержаний РЭ в ксенолитах деформированных перидотитов (ДП) из трубки Удачная-Восточная (УВ). (в) Иллюстрация эффекта контаминации кимберлитовым расплавом ксенолитов ДП трубки УВ на примере образца UV-24/05. (г) Сравнение спектров для измеренных валовых концентраций РЭ в ксенолитах ДП и РЭ-спектра для вмещающих кимберлитов (средние концентрации) [Kamenetsky et al., 2012].

Моделирование контаминации ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная кимберлитовым расплавом показало, что смешение 0.6-1.8 мас.% вмещающего кимберлита с рассчитанными составами ксенолитов дает спектры распределения редких элементов, идентичные спектрам для измеренных валовых концентраций редких элементов в ксенолитах. На рисунке в качестве примера приведены расчеты для образца UV-24/05 (Рис. 10 в). Такая сходимость результатов расчетов с использованием состава неизмененных кимберлитов трубки Удачная-Восточная свидетельствует о том, что расплав, проникавший в ксенолиты, являлся родственным вмещающим кимберлитам.

Следует отметить, что по форме спектры распределения для валовых концентраций редких элементов в ксенолитах деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная и вмещающих кимберлитов идентичны (Рис. 10 д). Это означает, что редкоэлементный состав ксенолитов контролируется наложенными минералами, образование которых является результатом инфильтрации расплава, генетически связанного с кимберлитами. Главным концентратором РЗЭ и ВЗЭ среди наложенных минералов, диагностированных в ксенолитах деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная, является перовскит (в мас.%: 0.7-1.1 La203, 0.9-2.6 Се203, 0.1-0.3 Рг203, 0.3-0.7 Nd203, 0.9-2.6 Nb205, до 0.1 Та205). Стронций концентрируется в арагоните (до 5.1 мас.%) и в кальците (до 0.7 мас.%), К, Rb и Ва - в слюде (до 11.0 мас.% К, до 2.5 мас.% Ва), К - в джерфишерите (до 9.5 мае. % К). Кроме того, свой вклад в баланс редких элементов могут вносить щелочные карбонаты, сульфаты и хлориды из расплавных включений.

Обычно предполагается, что кимберлитовые расплавы не контаминируют ксенолиты перидотитов, особенно их центральные части [Kopylova and Russell, 2000; Ionov et al., 2010]. Однако, в настоящей работе было показано, что даже в центральных частях крупных ксенолитов (до 20 см) присутствуют интерстиционные скопления наложенных минералов, связанных с протоким-берлитовым/кимберлитовым расплавом.

Таким образом, при использовании валовых геохимических характеристик ксенолитов перидотитов для реконструкции процессов преобразования вещества СКЛМ необходимо учитывать высокую вероятность контаминации нодулей кимберлитовым расплавом. Для достоверной реконструкции доким-берлитовой истории преобразования вещества СКЛМ могут быть использованы геохимические характеристики породообразующих минералов ксенолитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований автора можно сформулировать следующим образом:

• В ксенолитах деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная помимо минералов первичного парагенезиса (породообразующие

силикаты и акцессорные Ре-№-Си-сульфиды) диагностировано значительное количество наложенных акцессорных минералов, представленных 34 минеральными видами, из которых 11 (расвумит, галит, сильвин, афтиталит, бер-кеит, тихит, ньеререит, шортит, нортупит, эйтелит и арагонит) впервые установлены в мантийных породах.

• В породообразующем оливине ксенолитов присутствуют раскри-сталлизованные вторичные расплавные включения, располагающиеся вдоль залеченных трещин. Эти включения состоят из пузырька усадки, тонкораск-ристаллизованного агрегата и кристаллических фаз, среди которых установлены различные по составу карбонаты, сульфаты, хлориды, сульфиды, фосфаты, оксиды и силикаты. Минимальные Р-Т параметры формирования включений оценены в 600 °С и 1.5 ГПа. Минеральный состав включений идентичен минералогии матрикса уникальных по сохранности кимберлитов трубки Удачная-Восточная, что свидетельствует о генетической связи между расплавом, взаимодействовавшим с перидотитами, и магмой, формировавшей трубку.

• В межзерновом пространстве породообразующих минералов ксенолитов можно выделить несколько типов наложенных акцессорных минералов: 1) минералы интерстиционных обособлений и микрожил, представленные пирротином, пентландитом, джерфишеритом, перовскитом, хромитом, магнетитом, апатитом, тетраферрифлогопитом, флогопитом, монтичеллитом, форстеритом (Ро9з.94), содалитом, диопсидом, гумитом, клиногумитом, кальцитом и арагонитом; 2) минералы реакционных кайм на породообразующих силикатах; 3) джерфишерит, окаймляющий крупные выделения первичных акцессорных Ре-ЫьСи-сульфидов. Образование наложенных акцессорных минералов в межзерновом пространстве ксенолитов является результатом инфильтрации расплава, генетически связанного со среднепалеозойским кимберлитовым магматизмом. Наложенные акцессорные минералы являются продуктами как реакций этого расплава с первичными минералами ксенолитов, так и непосредственной раскристаллизации расплава, преобразованного в результате реакций.

• В ортопироксене присутствуют вторичные флюидные включения, состоящие из углекислоты и дочерних кристаллических фаз, представленных натритом и, возможно, хлоридами. Присутствие этих включений свидетельствует о дегазации расплава, проникавшего в ксенолиты, в результате его реакции с породообразующим ортопироксеном при давлениях 2-3 ГПа.

• Генетически связанные со среднепалеозойским кимберлитовым магматизмом наложенные акцессорные минералы, такие как перовскит, апатит, слюда, джерфишерит, арагонит и кальцит, являются главными концентраторами редких элементов в ксенолитах. Присутствие этих минералов оказывает существенное влияние на валовые содержания редких элементов в ксенолитах.

O^ico.

£

Таблица 1. Перечень минералов, диагностированных во вторичных расплавных включениях (ВРВ) в породообразующем оливине и в составе интерстиционных обособлений и микрожил (ИОиМ) ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная, в сравнении с минералогией расплавных включений (РВ) в фенокри-сталлах оливина из неизмененных кимберлитов [Головин и др., 2003, 2004; 2007; Катерку е1 а1., 2004, 2009; МегтещЬ й а1., 2011] и минеральным составом основной массы неизмененных кимберлитов трубки Удачная-Восточная [Кашеп^эку е1 а1., 2004, 2007, 2012; Головин, 2004; 2007; БЬа^п е1: а1., 2007, 2008], а также с минерало-

Минерал Символ Химическая формула ВРВ в породообразующем оливине ксенолитов ИОиМ ксенолитов РВ в фенокристаллах оливина из неизмененных кимберлитов ОМ неизмененных кимберлитов ПРВ в оливине карбона-титов Ковдорского массива

Пирротин Ро Fei-„S • • • •

Пентландит Рп (Fe,Ni),S8 • • • •

Джерфишерит D.¡ K6(Na,Cu)(Fe,Ni,Cu)24S26Cl • • • • •

Распумит Rs KFe,S4 • •

Гапит Hit NaCl • • •

Сильвин Slv KCl • • •

Афтиталит Aph K3Na(S04)2 • • •

Беркеит Burk Na6C03(S04)2 • •

Тихит Tych Na*Mg2(C03)4(S04) •

Ньеререит Nye Na2Ca(COi)2 • • • •

Шортит Sht Na2Ca2(C03)3 • • • •

Нортупит Nrt Na,Mg(CO,)2Cl • • • •

Эйтелит Eit Na2Mg(CO,)2 • •

Доломит Dol CaMg(COj)2 • • •

Арагонит Arg CaCOj • •

Кальцит Cal CaCOj • • • • •

Апатит Ар Ca,(P04),(F,Cl,0H) • • • • •

Рутил Ru Ti02 • •

Перовскит Prv CaTiOj • • • •

Ильменит Ilm FeTiO, • • •

Хромит Chr (Fe,Mg)(Cr,Al)204 • • • •

Титаномагнетит Ti-Mgt Fe2+(Fe3+,Ti)204 • • •

Магнетит Mgt FeFe204 • • • •

Тетраферрифлогопит Tphl KMg3FeSi3Oio(F,Cl,OH) • • • •

Флогопит Phi KMg,AlSi,Ol0(F,Cl,OH) • • • •

Гумит Hu (Mg,Fe)7(Si04)3(F,0H)2 ? • •

Клиногумит Chu (Mg,Fe),tSi04l4(F,0H)2 ? • •

Хризотил Chr Mg3Si205(0H)4 •

Форстерит Ol (Mg,Fe)2Si04 Р093-97 F093-94 Р091-96 • •

Диопсид Di CaMgSi206 • • • • •

Монтичеллит Mnt CaMgSi04 • • • • •

Содалит Sdl Na8Al6Si6024Cl2 • • • • •

Примечание к Табл. 1. Идентификация минералов производилась с использованием рентгеноспектрального микроанализа, спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР-спектроскопии) и методов электронной микроскопии.

S^Q^xucl. 2..

Таблица 2. Распространенность джерфишерита в кимберлитах мира.

Проявление Кратон Поле Возраст Объект Литературный источник

Трубка Мир Сибирский (Россия) Мирнинское Pz Включения в алмазе Мантийные ксенолиты Ксенокристы/мегакристы [Буланова и др., 1980; 1990] [Добровольская и др., 1975; Буланова и др., 1990] [Гаранин и др., 1988]

Трубка Интернациональная Сибирский Мирнинское Pz Включения в алмазе Основная масса кимберлитов [Logvinova et al., 2008] [Sharygin et al., 2008]

Трубка Удачная-Восточная Сибирский Далдынское Pz Включения в алмазе Мантийные ксенолиты Ксенокристы/мегакристы Основная масса кимберлитов Расплавные включения в оливине кимберлита Карбонатно-хлоридные нодули [Буланова и др., 1980; 1990; Зедгенизов и др., 1998] См. в примечании под № 1. См. в примечании под № 2. [Шарыгин и др., 2003; Sharygin et al., 2007] См. в примечании под № 3. [Sharygin et al., 2008]

Трубка Трубка Дальняя Сибирский Далдынское Pz Ксенокристы/мегакристы [Гаранин и др., 1984]

Комсомольская Сибирский Алакит-Мархинское Pz Ксенокристы/мегакристы [Дистлер и др., 1987]

Трубка Комсомольская-Магнитная Сибирский Верхнемунское Pz Основная масса кимберлитов [Шарыгин и др., 2012]

Трубка Дружба Сибирский Чомурдахское Pz Мантийные ксенолиты [Добровольская и др., 1975]

Трубка Обнаженная Сибирский Куойкское Mz Мантийные ксенолиты Основная масса кимберлитов [Добровольская и др., 1975; Дистлер и др., 1987; Буланова и др., 1990] [Шарыгин и др., 2011]

Трубка Муза Сибирский Куойкское Mz Мантийные ксенолиты Основная масса кимберлитов [Добровольская и др., 1975] [Добровольская и др., 1975]

Трубка Второгодница Сибирский Куойкское Mz Мантийные ксенолиты Ксенокристы/мегакристы Основная масса кимберлитов [Добровольская и др., 1975] [Дистлер и др., 1987] [Дистлер и др., 1987; Шарыгин и др., 2011]

Трубка Базовая Сибирский Харамайское Mz Ксенокристы/мегакристы [Гаранин и др., 1988]

Трубка Франк Смит Каапвальский (ЮАР) Mz Мантийные ксенолиты [Clarke et al., 1977; Clarke, 1979]

Трубка Бултфонтейн Каапвальский Mz Расплавные включения в ильмените кимберлита [Giuliani et al., 2012]

Трубка Элвин Бей Слейв (Канада) Сомерсет Айленд Mz Основная масса кимберлитов [Clarke et al., 1994]

Трубки поля Лак де Гра Слейв Лак де Гра Mz-Kz Основная масса кимберлитов [Chakhmouradian, Mitchell, 2001]

Трубка 14 Карельский (Финляндия) Восточно-Финляндская кимберлитовая провинция Pz Ксенокристы/мегакристы [O'Brien, Tyni, 2005]

Дайка Мейджуагаа СевероАтлантический (Гренландия) Pr Расплавные включения в оливине [Kamenetsky et al., 2009b; Mernagh et al., 2011]

Примечание к Табл. 2. Возраст: Рг - протерозой; Pz - палеозой; Mz - мезозой; Kz - кайнозой. Ксенокрист/мегакрист - в данном случае обозначает крупные мономинеральные образования из кимберлитов. Возраст трубки Франк Смит из работы [Field et al., 2008]. Литературные источники: № 1 - [Добровольская и др., 1975; Дистлер и др., 1987; Специус и др., 1987; Соловьева и др., 1988; Буланова и др., 1990; Шарыгин и др., 2003; Misra et al., 2004; Sharygin et al., 2007; Шарыгин и др., 2012]; №2-[Добровольская и др., 1975; Дистлер и др., 1987; Специус и др., 1987; Гаранин и др., 1988; Буланова и др., 1990; Kamenetsky et al., 2009а]; № 3 - [Головин и др., 2003;2007; Головин, 2004; Шарыгин и др., 2003; Sharygin et al., 2007].

l Jf

(а) 20 °С 400 °С 500 °С 550 "С

gi- jP if (С

ЧГ 5мкм W^iTy. ^П.у.

550 °C 650 °C _ 750 °C 11 850 °C

'd, d d, "tf

(6)

Рис. 3. (а) Термометрический эксперимент, в котором произошла гомогенизация расплавного включения при -840 °С. Первые изменения, которые принимались за температуру начала плавления, зафиксированы при -490 °С. На рисунке хорошо виден пузырек усадки (п.у.), который мигрирует в процессе нагрева, (б) Расплавное включение в оливине с ламелями Рп в Ро в проходящем и отраженном свете, (в) Составы Ро, Рп и рассчитанного первоначального Mss из расплавного включения в оливине из образца Uv-1/ОЗ, нанесенные на тройную диаграмму Fe-Ni-S (ат.%). Изотермические сечения при 600 и 500 °С соответственно из работ [Косяков и др., 2003] и [Shewman, Clark, 1970]. При 600 °С состав рассчитанного Mss лежит в поле стабильности Mss. При 500 °С состав рассчитанного Mss уже не лежит в поле стабильности, однако находится на Ро-Рп конноде. Эта значит, что первоначальный Mss распался на Ро и Рп во время остывания между 500 и 600 °С.

500 °С

60

О Ро все образцы • Ро UV-1/03 "A" Mss UV-1/03 О Рп все образцы И Рп UV-1/03 — Ро-Рп коннода

600 °с

N1 (ф е.)

№ (ф.е )

(б)

(В)

Рис. 6. Вариации состава джерфишерита (в формульных единицах), оливина (в мас.%) и слюды (в мол.%). 1 - вторичные расплавные включения в оливине ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная; 2 - ин-терстиционные обособления и микрожилы ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная; 3 - основная масса кимберлитов трубки Удачная-Восточная [БЬа^т е1 а\., 2007]; 4 - расплавные включений в оливине из кимберлитов трубки Удачная-Восточная [Головин, 2004; Головин и др., 2007]; 5 - состав породообразующего оливина ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная.

1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 Raman shi«. cm-1

Рис. 7. (а, б) Реакционные каймы на породообразующем ортопироксене ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная. Изображения в отраженных электронах, (в) Вторичные флюидные включения в ортопироксене ксенолитов, (г) Поведение флюидных включений в ортопироксене при криометрическом эксперименте. При комнатной температуре флюидное обособление является гомогенным (фС02). При Т = -80 °С в нем присутствует кристаллическая С02 (крС02). Исчезновение кристалла происходит при Т = -56.8 °С, близкой к температуре тройной точки газ-жидкость-твердое тело на диаграмме С02 (Т = -56,6 °С). (д) КР-спектр натрита из флюидных включений, (е) КР-спектр вещества внутри флюидного обособления включений; пики 1285 и 1388 см"1 отвечают колебаниям молекулярной С02 [Burke, 2001].

Рис. 9. (а-г) Полисульфидные глобулы в породообразующих минералах ксенолитов деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная, (а, б) Изолированная сульфидная глобула в порфирокласте оливина, (в, г) Пересеченная трещинами сульфидная глобула с каймой джерфишерита в ортопироксене. (д) Каймы джерфишерита вокруг крупных выделений первичных Ее-№-Си-сульфидов в межзерновом пространстве ксенолитов, (а, в) - проходящий свет; (б) - отраженные электроны; (г, д) - отраженный свет.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

1) Korsakov А.V., Golovin A.V., De Gussem К., Sharygin I.S.. Vandenabeele P. First finding of burkeite in melt inclusions in olivine from sheared lherzolite xenoliths // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2009. - V. 73. -№ 3. - P. 424-427.

2) Шарыгин И.С.. Головин A.B., Похиленко Н.П. Джерфишерит в кимберлитах Куойкского поля как индикатор обогащения хлором кимберлитовых расплавов // Доклады Академии Наук. - 2011. - Т. 436. - № 6. - С. 820-826.

3) Похиленко Л.Н., Головин А.В., Шарыгин И.С.. Похиленко Н.П. Акцессорные минералы мантийных ксенолитов: первые находки K-Fe сульфидов, не содержащих С1 // Доклады Академии Наук. - 2011. - Т. 440. - № 4. - С. 521-526.

4) Шарыгин И.С.. Головин А.В., Похиленко Н.П. Джерфишерит в ксенолитах деформированных перидотитов трубки Удачная-Восточная, Якутия: проблемы происхождения и связь с кимберлитовым магматизмом // Геология и геофизика. — 2012. - Т. - 53. -№ 3. - С. 321-340.

5) Agashev A.M., Ionov D.A., Pokhilenko N.P., Golovin A.V., Cherepanova Y., Sharygin I.S. Metasomatism in lithospheric mantle roots: Constraints from whole-rock and mineral chemical composition of deformed peridotite xenoliths from kimberlite pipe Udachnaya. Lithos.-2013-V. 160-161.-P. 201-215.

6) Sharygin I.S.. Korsakov A.V., Golovin A.V., Pokhilenko N.P. Eitelite from Udachanya-East kimberlite pipe (Russia) - A new locality and host rock type // European Journal of Mineralogy. - 2013. - V. 25. - № 5. - P. 825-834.

7) Shatskiy A., Gavryushkin P.N., Sharygin T.S.. Litasov K.D., Kupriyanov I.N., Higo Y., Borzdov Y.M., Funakoshi K., Palyanov Y.N., Ohtani E. Melting and subsolidus phase relations in the system Na2C03-MgC03±H20 at 6 GPa and the stability of Na2Mg(C03)2 in the upper mantle // American Mineralogist. - 2013. - V. 98. - P. 21722182.

Избранные тезисы докладов:

1) Sharygin I.S., Golovin A.V., Pokhilenko N.P. Melt pockets in sheared garnet lherzolite xenoliths from the Udachnaya-East kimberlite pipe (Yakutia, Russia) // 9th International Kimberlite Conference, 2008, Frankfurt, Germany, Extended Abstract No. 9IKC-A-00213.

2) Golovin A.V., Sharygin I.S.. Korsakov A.V., Pokhilenko N.P. Can be parental kimberlite melts alkali-carbonate liquids: Results investigations composition melt inclusions in mantle xenoliths from kimberlites // 10th International Kimberlite Conference, 2012, Bangalore, India, CD-volume, Abstract No. 10IKC-91.

Технический редактор O.M. Вараксина

Подписано к печати 22 сентября 2014 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Печ. л. 2,0. Тираж 110. Зак. № 228

Издательство СО РАН, Морской пр., 2, 630090 Новосибирск