Экспериментальные исследования фазовых равновесий и алмазообразования в эклогит-карбонат-сульфидных системах

Бутвина, Валентина Григорьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Экспериментальные исследования фазовых равновесий и алмазообразования в эклогит-карбонат-сульфидных системах
ВАК РФ 25.00.04, Петрология, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальные исследования фазовых равновесий и алмазообразования в эклогит-карбонат-сульфидных системах"

На правах

БУТВИНА Валентина Григорьевна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ И АЛМАЗООБРАЗОВАНИЯ В ЭКЛОГИТ-КАРБОНАТ-СУЛЬФИДНЫХ СИСТЕМАХ

Специальность: 25.00.04 - петрология, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата г еолого-минералогических наук

Москва, 2006

Работа выполнена в Институте экспериментальной минералогии РАН г.Черноголовка и на кафедре петрологии Геологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор химических наук

Юрий Андреевич Литвин (ИЭМ РАН)

Научный консультант: академик РАН,

доктор геолого-минералогических наук профессор

Алексей Александрович Маракушев (МГУ)

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Юрий Семенович Геншафт (ИФЗ РАН)

доктор геолого-минералогических наук Алексей Леонидович Перчук (ИГЕМ РАН)

Ведущая организация: Институт минералогии и петрографии Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИМП СО РАН, г. Новосибирск)

Защита состоится « 3 » марта 2006г. в 14-30 в ауд. 415 на заседании диссертационного совета Д 501.001.62 Геологического факультета Московского государственного университета им. М.ВЛомоносова по адресу: 119992, г. Москва, Ленинские горы, ГЗ МГУ, Геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, ГЗ, 6 этаж.

Автореферат разослан «19» января 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.62 доктор геюлого-минералогических наук, профессор

.Н. Соболев

ÇLOOG A

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы.

Наряду с пироповыми перидотитами, эклогиты являются главными алмазоносными породами. Образование алмаза в них зависит от многих факторов, ведущими из которых являются давление и состав алмазообразующей среды Поэтому выяснение физико-химических условий формирования собственно эклогитовых парагенезисов и их связи с процессами кристаллизации алмаза представляет большой научный интерес и является актуальной проблемой глубинной петрологии. Разнообразие сингенетических включений (кристаллических, расплавных и флюидных) в алмазе (Соболев, 1974; Соболев и др., 1972, 1997; Буланова и др., 1982, 1993; Ефимова и др., 1983; Гаранин и др, 1991; Navon et al., 1988, 2003; Taylor et al., 1996, 2004; Wang et al., 1996; Klein-BenDavid et al., 2003; Logvinova et al., 2003 и др.) предполагает сложные многофазовые составы алмазообразующих сред Выяснение соотношений между силикатными, карбонатными и сульфидными компонентами (как самыми распространенными первичными включениями и спутниками алмаза) при алмазообразовании имеет ключевое значение в раскрытии физико-химических условий генезиса алмаза и алмазоносных пород. Цель работы

Выяснение физико-химических условий образования эклогитов и их алмазоносности' экспериментальное исследование фазовых равновесий гранатовой (пироп-альмандин) и эклогитовой (гранат-омфацит) систем, а также процессов алмазообразования в расплавах модельных сульфидов с растворенным углеродом и в системе эклогит-карбонат-сульфид-углерод при высоких давлениях и температурах, отвечающих условиям термодинамической устойчивости алмаза; анализ петрологических данных для гранат-омфацитовых парагенезисов и их интерпретация на основе экспериментальных данных. Защищаемые положения.

1. При экспериментальном изучении фазовых отношений в системе пироп-альмандин при давлениях 4.0 и 6.5 ГПа установлено, что компоненты данной системы характеризуются неограниченной смесимостью как в твердом, так и в жидком состояниях при обоих значениях давления (фазовые диаграммы относятся к I типу по Розебому).

2. Экспериментальное исследование фазовых равновесий псевдотройной системы омфацит - пироп (+32 мол % гроссуляра) - альмандин (+32 мол. % гроссуляра) в ее политермическом сечении омфацит-пироп1;альмандин5эгроссулярз2 при давлении 7.0 ГПа показало, что плавление гранат-омфациговой ассоциации является котекткческим, а температура ее «сухого» солидуса в данном сечении составляет около 1450°С. Это

значение выше, чем расчетные температуры образования эклогитов в модулях кимберлиговых трубок, что может свидетельствовать о флюидной природе эклогитовых магматических систем мантии. 3. Впервые выполнены синтезы алмаза в сульфидных пирротин-пентландит-халькопиритовых расплавах с растворенным углеродом при давлениях 7 0 - 8.0 ГПа; экспериментальными исследованиями кристаллизации алмаза в сульфидно-карбонатных и гранат-омфацит-сульфидно-карбонагных расплавах (с углеродом) выявлена высокая алмаз ообразующая эффективность природных сульфидных сред (сопоставимо с карбонатными) для нуклеации я роста алмаза. Научная новизна.

1. Экспериментально обоснована флюидно-магм этическая природа эклогитов из

кимберлитовой трубки «Удачная». 2 Обоснована модель сопряженности сульфидного алмазообразования с флюидной

сульфуризацией богатых железом магматических дифференциаггов 3. При давлениях 6.5 и 4 0 ГПа изучена бинарная система пироп-альмандин Показано, что она представляет собой I тип диграмм Розебома с неограниченной смесимостью компонентов в жидком и твердом состояниях. Впервые установлено, что альмандин в изученном интервале давлений плавится конгруэнтно. 4 При давлении 7.0 ГПа и температурах 1200 - 1600°С экспериментально исследовано внутреннее политермическое сечение омфацит-гранат многокомпонентной псевдотройной системы пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) - клинопироксен (омфацит) С помощью этого политермического разреза и диаграммы плавкости пироп-альмандин впервые построена линия совместной кристаллизации (котектика) граната и омфацита в условиях стабильности алмаза 5. Проведен синтез алмаза при высоких давлениях в сульфид - углеродных и более сложных эклогит - сульфид - углеродных системах. Впервые показана эффективность мантийных сульфидных расплавов как алмазообразующих сред б Установлены эффекты жидкостной несмесимосги между карбонатными и сульфидными, а также сульфидными и силикатными расплавами при РТ (7.0-8.5 ГПа и 1500-1980°С) условиях стабильности алмаза. Практическая значимость.

Построенные фазовые диаграммы в многокомпонентной эклогитовой системе позволяют восстанавливать физико-химические условия образования и эволюции природных

эклоппов, в частности по особенностям кристаллизации главного минерала эклогитов -граната.

Установленная впервые эффективность сульфидных расплавов как сред алмазообразования представляет интерес для создания новых методов синтеза алмаза, а также в сочетании с явлениями силикатно-сульфидной и карбонатно-сульфидной жидкостной несмесимости для дальнейшего развития физико-химической модели генезиса природных алмазов. ЛмяшцжиДлдияии.

Основу работы составляют данные по 100 экспериментам, выполненным в системе пироп-гроссуляр-альмандин, альмандин-омфацит, гранат-омфациг, эклогит-карбонат-сульфид-углерод при высоких Т-Р параметрах на установке НЛ-13Т в лаборатории флюидно-магмэтических процессов ИЭМ РАН г.Черноголовка. Дополнительно были изучены природные образцы (10 тт.) алмазоносных эклогшов кимберлитовой трубки «Удачная», был изучен обширный полевой материал - более 40 образцов эклогитов махсютовского эклопгг-глаукофансланцевого комплекса - часть которого была отобрана в полевых работах автора в 2001 году. Коллекции эклоппов были предоставлены для изучения доцентом кафедры петрологии Бобровым A.B. Лмробаиия работы.

Результата работы представлены на X научных чтениях памяти проф. И.Ф.Трусовой, МГГА, 2000г.; 8°*, 9°* Международных конференциях по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Италия (Бергамо, 2000), Швейцария (Цюрих, 2002); Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов», МГУ, 2000; Верещагинских чтениях по химии и физике высоких давлений, Москва, хим. ф-т МГУ им. М. В Ломоносова, 2001; XIV Российском совещании по экспериментальной минералогии, Черноголовка, 2001; ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Москва, ГЕОХИ, 2002-2004гг., VI Международной эклогитовой конференции, Япония, 2001; Международной конференции "New Diamond Science and Technology", Мельбурн, Австралия, 2002; 18°" совещании Международной минералогической ассоциации, Эдинбург, Шотландия, 2002; 504 школе Европейского минералогического союза и Симпозиуме по сверхвысокобарному метаморфизму, Будапешт, Венгрия, 2003; 8* Международной кимберлитовой конференции, Канада, 2003; 32°" Международном геологическом конгрессе, Флоренция, Италия, 2004; Международном симпозиуме «Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений»,

посвященном 70-летию академика Н.В.Соболева Новосибирск, 3-5 июня 2005г. Основные положения работы изложены в 11 статьях и тезисах 14 докладов. Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 2-х частей и заключения. Первая часть состоит из 3-х глав, вторая часть - из 2-х глав. Диссертация изложена на 144 страницах и сопровождается 53 рисунками и 12 таблицами. Список литературы включает 216 наименований. Благодарности.

Работа выполнена под руководством академика РАН А.А.Маракушева, доктора хим. наук Ю.А.Литвина, которым автор глубоко благодарна. Особую благодарность за неоценимую помощь в экспериментальной работе автор выражает ведущему инженеру лаборатории флюидно-магматических систем ИЭМ РАН Л.П.Редысиной. Автор искренне признателен также за практические советы сотрудникам кафедры петрологии МГУ профессору ЛЛ.Перчуку, доцентам А.В.Боброву и О.Г.Сафонову, Г.Н.Назьмовой, а также сотруднику кафедры петрографии СпбГУ С.К.Симакову. Отдельная благодарность докторам г-м. наук ЗВ.Специусу и Н.С.Горбачеву за предоставленные монофракции минералов, используемых в экспериментах. Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории локальных методов исследования вещества МГУ Е.В. Гусевой и H.H. Коротаевой, а также лаборатории физических методов исследования ИЭМ РАН, Черноголовка, А.В.Некрасову и К.В. Ван за помощь при проведении микрозоцдовых анализов. Работа выполнена при поддержке РФФИ: гранты 04-05-64896, 04-05-97220, а также программы «Ведущие научные школы России» 1301.2003.5 (рук. академик РАН A.A. Маракушев). Обозначения, принятые § работе.

Символы минералов: Alm - альмандин, С - углерод, графит, Ca-Ts — кальциевая молекула Чермака, Срх - клинопироксен, Срх„ - твердый р-р клинопироксена, Di - диопсид, Diam -алмаз, Grs - гроссуляр, Grt - гранат, Grt„ - твердый раствор граната, Hed - геденберпгг, Jd -жадеит, L - расплав, Omph - омфацит, Ргр - пироп, Sulf - сульфид. Термодинамические переменные: Т - температура, Р - давление, Kj- константа равновесия реакции.

ЧАСТЬ 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Изучению эклогитов посвящено огромное число петрологических работ (MacGregor, Carter, 1970; Соболев, 1974; Владимиров и др., 1976; Ефимова, Соболев, 1977; Гаранин и др., 1981, 1982, 1991; Маракушев, 1985, 1993, 2000; Taylor et al., 2004 и др.). Задачей данной работы было: экспериментально показать взаимоотношение фаз и составов главных минералов эклогита - граната и омфацита и оценить параметры образования эклопгга при высоком

давлении без участия летучих компонентов. Такие условия предполагаются для алмазоносных эклогитов некоторыми исследователями (напр. Green, Ringwood, 1967). Алмазоносность эклогитов является специальной задачей, требующей расширения состава собственно эклогитовой силикатной системы. Экспериментально установлено, что растворимость углерода в силикатных расплавах чрезвычайно мала (Wentorf, 1966; Безбородое и др., 1991; Arima et al, 1993; Борздов и др., 1999) для того, чтобы обеспечить формирование пересыщенных углеродом растворов, что является условием спонтанного зародышеобразования и роста кристаллов алмаза. Для решения этой задачи необходимы новые эксперименты, показывающие, какие материнские среды в процессе алмазообразования в эклогитах могут играть активную роль среди несиликатных карбонат-углеродных или сульфид-углеродных расплавов. Так как экспериментальное изучение фазовых соотношений в системе гранаг-омфациг и изучение условий алмазообразования в сложных эклопгг-сульфид-карбонатных расплавах по своей постановке, методике и приложению являются разными, но взаимосвязанными задачами, целесообразно рассмотреть опубликованные литературные данные по подобным экспериментам отдельно в каждой главе. Петрологическое приложение полученных экспериментальных данных составит Часть 2 данной работы.

Глава 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Техника ■ методика эксперимента. Эксперименты проводились на установке высокого давления: аппарате типа наковальня с лункой (HJI) в Институте экспериментальной минералогии РАН, г. Черноголовка. Аппарат типа HJI-13T с тороидальным уплотнением работает с применением пресса с усилием 500 тонн, который позволяет достигать давления до 14.0 ГПа (Литвин, 1991). Измерение давления основано на явлении скачкообразного изменения электросопротивления Bi в момент его полиморфного превращения. Для контроля регулировки температуры применялась термопара Pt7oRh30 - PtwRhe (ПРЗО/6) диаметром 0,5 мм. Ошибка измерения составляет для температур 1500-1700°С - ±10°С, для 1750-1900°С -±20°С. Ошибка измерения давления - ± 0.1 ГПа.

Рассмотрена методика проведения эксперимента при высоких давлениях и температурах по фазовым равновесиям в эклогитовых системах.

Стартовые смеси: Система пироп-альмандин и пироп-гроссупяр-альман дин. Пироп, гроссуляр и альмандин первоначально были приготовлены в виде гелевых смесей. В качестве стартовых веществ были взяты смеси состава:

пироп7;альмандин25, пиропбоальмандин4о, пиропзоальманди^о, пироп25альмандин75; пиропюгроссуляргоальмандищо, пиропзогроссуляр4оальмандинзо,

пироп2огроссуляр4оальмандин4о, гроссуляр^юальмандинбо Стартовые вещества были получены путем смешивания синтезированных кристаллических крайних членов

Система гранат (пироп-гроссуляр-альмандинового ряда) - омфацит. В качестве исходных материалов использованы гелевые смеси (добавлены небольшие количества ТЮз и МпО) с составами граната и омфацита, воспроизводящими природные составы минералов эклогита: Ргр1бОкз1А1ш5з и ОЦзНе^зОДт

Исходные смеси, использованные дня алмазных синтезов, описаны в Главе 3. Аналитические методы нсследовякня. Основными методами изучения экспериментальных и природных образцов были детальные минералого-петрографические, электронно-зондовые исследования, рентгеноструктурный анализ и иммерсионный метод исследования, а также проведенный на их основе физико-химический анализ парагенезисов минералов эклогитов. Теоретический истод. Исследуемая эклогитовая ассоциация гранат (пироп+альмандин±гроссуляр) - омфацит находится в многокомпонентной системе №гО-Са0-М§0-Ре0-А120з-8Ю2 Для ее изучения и изображения был выбран метод политермических (вертикальных) разрезов.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ГРАНАТ-ОМФАЦИТ ПРИ 7 Л ГПА.

Для построения общей тройной диаграммы необходимо иметь сведения о краевых псевдобинарных системах: омфают-пироп; омфацнт-альмандин; пироп-альмандин (а также о влиянии гроссулярового компонента на фазовые отношения в системе пироп-альмандин в поле стабильности алмаза) Кроме этого, необходимо изучить хотя бы одно внутреннее политермическое сечение тройной диаграммы омфацит - пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) - для корректного построения ее ликвидусной поверхности. Литературный обзор: экспериментальные данные по эклопгговой системе в условиях стабильности алмаза.

Система пироп-гроссуляр-алъмандин Большинство экспериментальных исследований фазовых равновесий в «гранатовой» системе сосредоточено на псевдобинарном сечении пироп-гроссуляр при давлениях 3.0-4.0 ГПа (Хария, Терада, 1978; Маа1ое, ТУуШе, 1979; Налу а, Тегааа, 1980; Дорошев и др., 1981; Малиновский и др., 1983; векше, WylHe, 1983; Сурков, Гартвич, 2000; Литвин, 1991). Кривая плавления пиропа была экспериментально изучена в диапазоне давлений 2 0-10 0 ГПа (Шипе, ОМшн, 1986). Кривые плавления

гроссуляра и альмандина детально не изучались. Диаграммы плавления и фазовые взаимоотношения в сечениях альмандин-пироп и альмандин-гроссуляр при давлениях выше 3.0 ГПа не изучались.

Система дистсид-геденбергит-жадеит. Сечение диопсид-жадеит характеризуется непрерывными рядами твердых растворов при давлениях более 3 0 ГПа (напр., Bell, Davis, 1969). Железосодержащие клинопироксены ряда диопсид-геденбергит и жадеит-геденбергит при аналогичных давлениях не изучались.

Система гранат-омфаиит Многокомпонентная система гранат-омфацит может быть представлена как совокупность простых сечений, таких как пироп-диопсид, пироп-жадеит и др. Система пироп-диопсид исследована при 3.0 ГПа (О'Нага, Yoder, 1967) и 4.0 ГПа (Davis, 1963). Эта система, являясь частным сечением тройной системы волластонит-энсгатит-корунд, представляет собой классический пример псевдобинарной системы (Литвин, 1991) В субсолидусе данной системы устанавливается широкое поле стабильности клинопироксена, обогащенного Са-молекулой Чермака. В сечении пироп-жадеит, по сравнению с сечением пироп-диопсид, твердый раствор клинопироксена отсутствует. Это сечение относится к простым эвтектическим системам без твердых растворов Псевдобинарная система диопсид ¡/¡жадеит so-rtupon несет в себе признаки сечения диопсид-пироп с одной стороны и пироп-жадеит, с другой (Литвин, 1991) В этом сечении энстатит не образуется, но в ней присутствует широкое поле твердых растворов клинопироксена. Железосодержащая система диопсидх/геденбергитто-пиропвоальмандиня при 4.0 ГПа похожа на сечение диопсид-пироп. Фазовые равновесия в природном биминеральном эклогите (комплексная система гранат-омфацит) были изучены при 3.0 ГПа (О'Нага, Yoder, 1967) и при 4.0 ГПа. В топологическом отношении они подобны диаграмме плавкости системы Di5oJd5o-Prp. На сегодняшний день, известны лишь эти фазовые диаграммы для эклогитовой системы гранат-омфацит.

Экспериментальное изучение системы пироп-гроссу ля р-альмандин. В ходе работы было проведено несколько серий экспериментов в системах пироп-альмандин и пироп-гроссуляр-альмандин при различных Р-Т параметрах и с разными стартовыми веществами. Система пироп-альмандин при 6.5 и 4 0 ГПа. Фазовые соотношения в системе пироп-альмандин были исследованы при температурах от 1400 до 1900°С. В результате экспериментального изучения системы пироп-альмандин были построены диаграммы плавкости пироп-альмандин (рис.1) при давлениях 6.S и 4.0 ГПа, которые являются системами с неограниченной смесимостью компонентов в жидком и твердом состоянии (Бутвина и др, 2001). Как видно на рис. 1 стрелками показан широкий разброс результатов для некоторых

опытов (обр. №№245, 246, 247, 332). Это связано с недостаточно полной диффузией первоначальных стартовых составов пиропа и альмандина При плавлении фаз никакого разброса составов не происходит в связи с полной взаимной диффузией первичных составов (обр. №372,364,371).

Итак, экспериментальное изучение системы пироп-альмандин при высоких давлениях позволило впервые установить, что альмандин в изученном интервале температур и давлений плавится конгруэнтно, а значит можно проследить смещение линий ликвидуса и солидуса на Т-х диаграмме системы пироп альмандин при изменении РТ-параметров. Система пироп-гроссуляр-альмандин. Фазовые отношения системы пироп-гроссуляр-альмандин были исследованы при давлении 6.5 ГПа и температурах от 1700 до 1850°С. Дополнительные эксперимента привели к следующим выводам: появление кианитовой фазы приурочено к гроссуляр-альмандиновой части, а корундовой фазы — к пироп-гроссуляровой части системы пироп-гроссуляр-альмандин; увеличение

количества глиноземистых фаз приурочено к повышению температуры.

Полученные экспериментальные Температуры плавления пиропа взяты из данные показывают, что добавление литературы (Infime & Ohtani, 1986). гроссулярового компонента граната в количестве менее 40% не влияет на характер диаграммы плавкости системы пироп-альмандин. Характер диаграммы также не меняется и с понижением давления, поэтому краевое сечение пироп-альмандин в тройной системе омфацит-пироп-аяъмандин представляет собой диаграмму плавкости с неограниченной смесимостью в жидком и твердом состоянии.

Экспериментальные данные в системах пироп-омфацнт ■ альманднн-вмфацнт.

В системе пиооп-омЛаиит были использованы литературные данные.

Система альмандин-омфаиит Эксперименты в системе пироп-альмандин при 6.5 ГПа показали, что альмандин является стабильной фазой при высоких давлениях, таким образом, краевой политермический разрез альмандин-омфашгг будет подобен экспериментально изученному ранее (Литвин, 1991) политермическому сечению псевдобинарной системы

О Я 40 M «О «О

Ргр Man« Alm

Рис.1. Диаграмма плавкости системы пироп-альмандин при 6.5 и 4.0 ГПа

пироп-омфацит. Фазовые отношения в системе омфашгг-альмандин были исследованы при постоянном давлении 7.0 ГПа и температурах от 1150 до 1550°С. Температура плавления альмандина и омфацита в псевдобинарной системе альмаидин-омфацит при 7.0 ГПа находится между 1500 и 1550°С при составе Срх4оА1тбо- Данная точка является одной из эвтектических точек (ег) на псевдотройной диаграмме плавкости пироп (+гроссуляр) -альмандин (+гроссуляр) - омфацит.

Экспериментальное изучение внутреннего политермического сечения гранат-омфацнт.

Экспериментальные исследования внутреннего политермического сечения омфацит-гранат многокомпонентной псевдотройной системы пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) -клинопироксен (омфацит) впервые были проведены при 7.0 ГПа и 1200 - 1600°С, что отвечает РТ - условиям стабильности алмаза (Kennedy, Kennedy, 1976). Присутствие гроссулярового компонента в составе граната в количестве 30% не влияет на характер диаграммы плавкости пироп-альмандин, как было показано выше. Т. о., данный компонент

будет присутствовать как избыточный компонент. Рассмотрены фазовые соотношения построенной

псевдобинарной системы

клинопироксен (омфацит) - гранат (рис.2). В ее субсолидусе есть лишь одно фазовое поле: Срх,, + Grt«. Нужно отметить отсутствие поля стабильности клинопироксена,

обогащенного Са-молекулой Чермака, как следствие растворения фиктивного минаяа AI2O3, что является отличительной чертой изученного политермического разреза по отношению к безнатровым системам и подобным системам, ранее изученным при более низких давлениях (Davis, 1963; О'Нага, 1963; Литвин, 1991). Отсутствие поля Срхм хорошо согласуется с природными данными, поскольку в омфацигах с большими количествами жадеитового компонента содержится небольшое количество Са-молекулы Чермака. Плавление двухфазовой ассоциации омфацит + гранат начинается при ~1430°С и имеет эвтектический характер. Наличие поля Срх + Ort + L свидетельствует о существовании

Срх

0 10 20 30 40 S0 во 70 80 90 100 Состав, мол % Gft

Рис.2. Политермический разрез псевдобинарной системы гранат-клинопироксен при 7 0 ГПа.

моиовариантной котектики в базовой тройной системе. Таким образом, с помощью

внутреннего политермического разреза гранат-омфацит псевдотройной диаграммы

плавкости пироп (+гроссуляр) - альмандин (+ гроссуляр) - омфацит установлены условия

стабильности фаз и характер их взаимоотношений И клинопироксен, и грешат являются

ликвидусными фазами. Псевдоинвариантное равновесие получено при 1400°С< Т<1550"С.

Топологически полученная диаграмма подобна системе СРх - Grt с эклогиговыми

граничными фазами при 4.0 ГПа (Литвин, 1991), однако в настоящей работе впервые

определены составы равновесных фаз. Подобие диаграмм является следствием того, что все

компонентны эклогитовых систем устойчивы как при 4.0 ГПа, так и при 7.0 ГПа

Построение псевдотройной системы Срх*

пироп (+гроссуляр) - альмандин

(+гроссуляр) - омфацит при 7.0ГП».

Благодаря полученным данным по

краевым сечениям и внутреннему

политермическому разрезу

псевдсггройной системы (альмандин + +GrS . , +GfS

Alm-C '

гроссуляр) - (пироп + гроссуляр) -

омфацит построена тройная диаграмма Рис 3 форма „оверхносги ликвидуса

поверхности ликвидуса данной системы псевдотройной системы клинопироксен -

пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) при 7.0 ГПа (рис.3). Температуры при7 0ГПа

плавления граничных фаз оценивались,

исходя из известных данных для отдельных компонентов твердых растворов Срхю и Grt^. Так, граничная система альмандин - пироп изучена автором ранее при 6.5 ГПа и отличается неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях. Небольшие количества гроссулярового компонента принципиально не меняют картину, так как гроссуляр также является компонентом твердого раствора граната. Также граничной является система альмандин (+ гроссуляр) - клинопироксен. Температура эвтектического плавления (лежит в диапазоне 1500-1550 °С при составе Cpx-ioAlmso) оценена с помощью специальных опытов в системе альмандин-клинопироксен. Третьей граничной системой является пироп - кпинопироксен, температура эвтектического плавления (1520 °С) и состав эвтектики были оценены по известным данным для диопецца, пиропа и жадеита (Davis, 1963; Литвин, 1991). Полученные данные позволили определить позицию моновариантной котектики в тройной системе. Рассчитана форма поверхности ликвидуса тройной

системы и проведены изотермы ликвидусной поверхности на основе экспериментальных данных.

Глава 3. СИНТЕЗ АЛМАЗА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМЫ ЭКЛОГИТ - КАРБОНАТ -

СУЛЬФИД - УГЛЕРОД. Литературный обзор: экспериментальные данные по синтезу алмаза. Состав

алмазообразующей среды является сложным и изменчивым, исходя из природных данных

(Соболев, 1974; Буланова и др., 1982, Vieyer, 1985; Гаранин и др, 1991; Schrauder, Navon,

1994 и др.). Тем не менее, только с помощью экспериментов можно утверждать, что расплав

данного состава может быть материнской алмазообразующей средой

Силикатные расплавы. В первую очередь можно предположить, что силикатные расплавы-растворы (в данном случае эклогитовые) являются алмазообразователями, но экспериментальным данные по кристаллизации алмаза в силикатных расплавах при высоких давлениях показывают, что чисто силикатные расплавы непродуктивны при формировании алмаза (Wentorf, 1966; Чепуров и Сонин, 1987, Arima et al, 1993, Борздов и др., 1999). Тем не менее, участие силикатов в генезисе алмазов совершенно очевидно' они являются частью мантийной среды, в которой протекают алмазообразующие процессы Свидетельством тому служат первичные включения минералов двух главных парагенезисов алмазоносных пород -перидотитового и эклогигового (Соболев, 1974)

Карбонатные и каубонатно-силикатные расплавы В последнее время карбонатно-силикатная или карбонатитовая модель химического состава материнской среды природных алмазов получила обстоятельную экспериментальную поддержку (Akaishi et al., 1990; Литвин и др., 1997-1999, 2001; Литвин, Жариков, 1999, 2000; Сокол и др., 1998; Борздов и др., 1999; Sokol et al., 2001, Pal'yanov et al., 1999, 2001, 2002; Akaishi et al., 2000; Dobrzhinetskaya et al., 2004).

Сульфидные расплавы. Ряд исследователей (Wentorf, 1966, Arima et al., 1993) пытался осуществить синтез алмаза в углерод-сульфидных системах, но получили отрицательные результаты. А.И. Чепуров (1988) показал, что при 3 0-5.5 ГПа в равновесии с расплавом FeS (источником углерода был графит) алмаз не кристаллизуется, а в более сложной металл-сульфид-углеродной системе Fe-Ni-FeS-C алмазы начинают кристаллизоваться лишь в богатой металлом области (Me/S>l). В результате опытов экспериментаторами был сделан вывод о том, что с ростом содержания серы в металлических расплавах процессы алмазообразования затрудняются. Однако, несмотря на такой неутешительный вывод, сульфидную версию генезиса алмаза продолжают обсуждать (Bulanova, 1995; Spetsius, 1999), и ее экспериментальная оценка остается актуальной.

Методика эксперимент* по синтезу алмаза. В экспериментах по синтезу алмаза использовались следующие исходные вещества: 1) клиногшроксен и гранат, отобранные из алмазоносного эклогита тр. «Удачная», которые брались в отношении 1:1 по массе; 2) модельная смесь карбонатов К, Ыа, Са, и Ре, которая отвечает составу первичных карбонатных включений в природных алмазах кимберлиговой трубки Жваненг, Ботсвана ($сЬгаи<1ег, Ыатоп, 1994; Литвин, Жариков, 2000); 3) сульфидные смеси готовились из природных пирротина Ре!.,Я (с незначительными примесями Си, ЬП, Со, Мп, Хп), пентландита (Ие, №)958 (примесь Со около 2 мае. %) и халькопирита СиРеЭг (с примесью Ag и Ац) (при выборе состава сульфидной составляющей учитывалось, что среди природных мантийных сульфидов ключевая роль принадлежит системе Ре - № - Си - в (Ефимова, 1983; Буланова, 1993 и др.)); дополнительно были проведены опыты с сульфидами меди (Сигв) и серебра (А^в), которые устойчивы и не разлагаются при параметрах эксперимента; 4) графит марки МГОСЧ в качестве источника углерода.

Рассмотрены методики проведения эксперимента по спонтанной нукпеации алмаза и смесимости алмазообразующих сред.

Кристаллизация алмаза в системах с участием эклогита, карбоната, сульфида н углерода. Эксперименты были проведены при 7.0-8.5 ГПа и 1300-1980°С (табл.1). Система карбонат-углерод. В карбонат - углеродной системе опыты были контрольными и воспроизводили результаты более ранних экспериментов (Литвин, Жариков, 2000). Система эклогит-карбонат-углерод. В несульфидной системе изучалась роль силикатных и карбонатных расплавов в образовании алмаза. В целом при добавлении в систему карбонат-углерод силикатной фазы произошли следующие изменения: количество алмаза уменьшилось, и появились кривогранные кристаллы граната и призматические — пироксена размером до 30 мкм. Кристаллы алмаза приурочены к карбонатной фазе, наблюдались следы растворения граната.

Система сулыЬид-углерод. Впервые были осуществлены синтезы алмаза из расплавов-растворов сульфид-углерод (табл.1, рис.4а,б). Обнаружено формирование на алмазах тонких сульфидных пленочных покрытий (рис.4в). Микрорентгеноспектральиые исследования вещества, непосредственно контактирующего с алмазами, показали, что оно представлено исключительно сульфидными соединениями. В зависимости от стартовых материалов, это вещество представлено ассоциациями халькопирита и пирротина или халькопирита и пентландита. Признаков существования свободных металлических фаз или серы не обнаружено. То, что именно сульфид - углеродные системы обеспечивают синтезы алмаза,

показали специальные синтезы алмаза в расплавах системы сульфид серебра - углерод с положительными результатами (рис.4г).

Таблииа /. Условия и результаты экспериментов по синтезу алмазов в экяогит - карбонат - сулыЬид - углеродной системе.

мм Юящя •вмвеш Карбошт цжЧ Экаотгг Су»*« Г, ГШ т,*с См

654 Графвгг 40 60 - - 8 1300 30 +

655 Графят 40 15 - 45 8 1300 30 -

656 Графят 40 30 30 - 8 1350 60 +

657 Графит 40 15 30 15 8 1500 30 +

658 Граф кг 40 - 45 15 8 1620 40 +

667 Графит 40 - - 60 8 1700 70 +

66« Графит 40 - 45 15 8 1650 24 +

693 Графит 40 - - 60 7,5 1650 80 +

694 Графит 40 - - 60 7 1650 150 +

697 Графит 40 - - 60 7 1500 180 +

698 Графит 40 - - 60 7 1800 40 +

6% Графит 40 - - 60 (Айв) 8 1620 30 +

1/860 РЖЬ - 50 50 8 1500 60 -

1/861 РОД 50 50 - 8,5 1790 60 -

2/980 РЖЬ - 50 50 7 1600 40 -

1/862 РЖЬ 50 50 - 7 1980 50

2/985 РЖЬ 50 - 50 7 1500 40

2/986 РЖЬ - 50 50 7 1840 10

2/987 РЖЬ 50 - 50 7 1640 15

2/988 РЖЬ 50 50 - 7 1600 20

2/989 РЖЬ 50 50 - 7 1510 15 -

2/990 РЖЬ 50 - 50 7 1500 30 -

2/991 РЖЬ . 50 50 7 1500 30 -

Примечание: Р, Т, т - давление, температура и вреш выдержки соответственно.

Система экяогит-сульфид-углерод. Осуществлены спонтанная кристаллизация алмаза и его рост на затравочных монокристаллах металл - синтетических алмазов; практически во всех случаях кристаллы алмаза покрыты сульфидной пленкой.

Система эклогит-карбонат-сулыЬид-углерод Среди продуктов экспериментов обнаружены сульфидные кристаллы стартовой смеси, что свидетельствует о том, что температуры плавления сульфидных веществ не были достигнуты. Это позволяет предположить, что ответственными за кристаллизацию алмаза являются карбонатные расплавы Системы каобонат-эклогит. карбонат-сулыЬид. эклогит-сулыЬид. Эксперименты проведены

для изучения смесимости сред, интенсивно участвующих в процессе

апмазообразования. Опыты поставлены при 7.0-8.5 ГПа и 1500-1980°С (табл.1). Эксперименты свидетельствуют о несмесимости сульфидных расплавов как с силикатными, так и карбонатными расплавами Вместе с тем, исследования модельных эклогит - карбонатных систем для условий стабильности алмаза не обнаруживают эффекта силикатно-карбонатной жидкостной несмесимости, что наблюдается и в более ранних экспериментах (Сафонов и др., 2002). О роли сульфидов, эклогитов и карбонатов в процессах природного алмазообразовании.

Экспериментальное изучение при 7.0-8.5 ГПа кристаллизации алмаза в расплавах эклогит - сульфид - карбонат -углеродной системы показывает, что материнскими апмазообразующими средами в данной системе являются карбонатные, карбонатно-силикатные и сульфидные расплавы с растворенным углеродом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ЧАСТИ 1.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований: а) при 6.5 и 4.0 ГПа изучены и построены бинарные диаграммы плавкости пироп-альмандин с неограниченной смесимостью компонентов в жидком и твердом состояниях; б) в системе пироп-гроссуляр-

Рис.4 Кристаллизация алмаза в системе сульфид-углерод: а,б,в,г - алмазы на месте образования в затвердевших сульфид-углеродных расплавах (а,б-обр 667); в) сложно сдвойникованные кристаллы алмаза, часть граней покрыта сульфидной пленкой (СиРеЗг), с образованием шариков Рев (обр.698); г) алмазы, сформировавшиеся в расплавах системы А&в - С (обр.668); снимки образцов во вторичных (а,в,г) и отраженных (б) электронах. Условия опытов см. табл.1.

альмандин при 6.5 ГПа в гроссуляр-альмандиновой части появляется кианитовая фаза, а в пироп-гроссуляровой части - корундовая фаза; в) при 7.0 ГПа построена диаграмма плавкости псевдотройной системы омфацит-пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр), и установлены котектические отношения фаната и клинопироксена в данной системе; г) исследованы процессы кристаллизации алмаза в модельной многокомпонентной системе эклогит - сульфид - карбонагг - углерод при давлениях 7.0-8.5 ГПа и высоких температурах, алмазы впервые синтезированы в сульфид - углеродных и эклогит - сульфид - углеродных системах (химизм сульфидных сред определен составами халькопирита, пирротина и пентландита, минералов, наиболее часто ассоциированных с алмазами и силикатными породами мантии); д) показана несмесимосгь сульфидных расплавов с карбонатными и силикатными, а также обсуждены вопросы растворимости силикатных минералов мантии в карбонатитовых и сульфидных расплавах в связи с проблемой сингенезиса алмаза и силикатных минералов, захватываемых им при росте.

ЧАСТЬ 2. ПРИРОДНЫЕ ЭКЛОГИТОВЫЕ СИСТЕМЫ В СОПОСТАВЛЕНИИ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

В главе приводятся классификации эклогитов с учетом: характера вмещающих пород или геологической обстановки, химического состава, условий образования и минералогических признаков. Показано разнообразие составов главных породообразующих минералов алмазоносных эклогитов и количественные соотношения главных породообразующих минералов эклогитов. Обсуждены известные типы зональности граната. Рассмотрены известные геотермометры эклогитов.

Первичные (сингенетические) включения в алмазах в проблема материнских алмазообразуютцих сред. Минералогические данные. Первые исследования с применением рентгенографических методов показали наличие взаимной ориентировки алмаза и сингенетических включений во многих изученных образцах (Mitchell, Giardini, 1953; Орлов, 1959) Долгое время наиболее распространенными твердыми включениями в алмазе считались силикатные и оксидные минералы (Орлов, 1973; Соболев, 1974; Meyer, 1985). Впоследствии было установлено, что наряду с силикатами и оксидами сульфидные минералы также являются весьма распространенными первичными включениями в алмазах из кимберлитов (Буланова и др., 1982; Ефимова и др., 1983; Гаранин и др., 1991). Разнообразие составов первичных включений в алмазах дополняется карбонатными, хлоридными и металлическими включениями.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТ В ПРИЛОЖЕНИИ К ПРИРОДНЫМ ДАННЫМ. Котестические соотношения граната ■ клинопироксена в эклопгговой системе. Изучена коллекция алмазоносных эклогитов кимберлитовой тр Удачная (Якутия), насчитывающая 10

образцов, и приведена их минералога-петрографическая характеристика. На основе изучения образцов был получен тренд (рис.5) (который соответствует гранат-клинопироксеновой котектике) на петрохимической диаграмме плавкости диопсид-пироп-апьмандин. Экспериментально

построенная псевдотройная диаграмма плавкости омфациг - пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) также характеризуется котектическими отношениями граната и омфацита (рис.3), что замечательным образом подтверждает природные соотношения граната и клинопироксена в экпогигах из тр. «Удачная» (рис. 5). Помимо этого, такие биминеральные эклогиты должны быть наиболее распространенными среди всех типов магматических эклогитов. Т.о., впервые построена псевдотройная диаграмма плавкости омфацит - пироп (+гроссудяр) - альмандин (+гроссуляр) и изучен ее политермический разрез омфацит-пиропцальмандинцгроссулярзз при 7.0 ГПа, в результате чего показано, что гранат-клинопироксеновая ассоциация в магматических очагах алмазной фации глубинности представляет собой котектику. Закономерности изменен на состава граяат-■ишнопяроксеновых парагенезиеов. На основе изучения гранзг-клинопироксеновых пар из продуктов экспериментов в системе омфациг -гранат при 7.0 ГПа была найдена зависимость логарифма константы распределения железа и магния между гранатом и пироксеном (InKj, где К^ - константа обменной реакции: Hed + Ртр - Di + Alm), от содержания кальциевой молекулы Эскола в пироксене (рис.6).

(♦Оге) («5г»)

Рис.5. Петрохимический тренд составов эклогитов из нодулей кимберлитовой трубки «Удачная» в системе нормативных минералов.

взаимоотношения показывают, что

inKd зл-

f V-

0.00 0 10 0J0 0 30 0 40 OJO

MMUlfHIl • М2 <фл.)

Рис.6. Зависимость логарифма константы распределения железа и магния между гранатом и пироксеном от содержания вакансий в позиции М2 в омфациге.

Т.о., для определения температур гранат-клинопироксеновых парагенезисов, образованных при высоких давлениях (например, включения в алмазе), необходимо учитывать влияние содержания кальциевой молекулы Эскола в клинопироксене на константу перераспределения магния и железа между гранатом и клинопироксеном. Вместе с тем, между температурой образования и содержанием Са-модекулы Эскола в пироксене нет определенной зависимости, скорее всего изменение содержания Са-молекулы Эскола влияет прежде всего на давление (Шацкий, Соболев, 1989; Katayama et al„ 2000).

На основе изучения составов гранат-клинопироксеновых парагенезисов, полученных в результате экспериментов в системе гранат-омфацит при 7 0 ГПа, выявлена зависимость составов минералов от изменения температуры: более высокотемпературные гранат-клинопироксеновые парагенезисы образуют на диаграмме CFM пару с более короткой коннодой, а на диаграмме перераспределения железа между сосуществующими гранатов и клинопироксеном, точки составов высокотемпературных минералов лежат ближе к линии

На Т - Р диаграмме показаны «сухой» и «водный» солидус эклогитов (рис.7). Для построения «сухого» солидуса эклогитов были взяты наши экспериментальные данные по кристаллизации магнезиально-железистых эклогитов при 7.0 ГПа, 1450°С, а также данные Ю.А.Лнтвина (1991) при I 4.0 ГПа, -1350°С. При нанесении на (

диаграмму Р-Т параметров образования ]

■

алмазоносных эклогитов тр. «Удачная», а I также Р-Т параметров образования ассоциации граната и клинопироксена при их совместном нахождении во включениях

в кристаллах алмаза тр. «Мир» (Буланова и др., 1993; Маракушев, Бобров, 1998) видно, «гго все данные попадают в «сухой» субсолндус. Тэйлором (Taylor & Anand, 2004) изучена большая коллекция алмазоносных эклогитов тр. «Удачная», Якутия, найденные TP их образования - 4.06.5 ГПа и 950-1280°С, у некоторых других

Температура, С

700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1900

Рис.7. Схема вариаций солидуса основных магматических пород под воздействием давления на твердые фазы (Ps) и водного давления (Рто). Закрашенное поле на рисунке показывает Т образования алмазоносных эклогитов тр. «Удачная» и гранат-пироксеновой ассоциации из включений в алмазе «эклогитового» типа (Маракушев & Бобров, 1998). Линия водонасыщенного солидуса эклоппа: 1) 0-2.5 ГПа (Essene et al., 1970); 2) 3.0-6.5 ГПа (Gupta, Ya», 1977).

исследователей (М^яга е( «I., 2004) Т образования получены 1400°С и выше (по геотермометру АЦ 1994). Для включений гранатов и омфацитов из алмазов были сделаны определения ТР параметров образования 1138-1179°С при 5.0 ГПа из кимберлитовой тр. «Финч», Южная Африка (Арр1еуаг() й а1„ 2003); 1040-1300°С при 5 0 ГПа из кимберлитов района Лак де Грае, центральный Слэйв крагон, Канада (Т)ау1е5 е1 а1, 2003; Ргошрга1е<1 й а!., 2003), 1000-1200°С, 5.0 ГПа из кимберлитовой тр. «Коффифонгейн», Юж.Африка (1игаеН й а1., 2003) и др. Из диаграммы (рис. 7) видно, что все данные также попадают в область «сухого» субсолидуса. Понижение температуры образования эклогитов (отностельно «сухих» условий) могло быть связано с повышением парциального давления водного компонента флюидов в результате реакций диспропорционирования компонентов при кристаллизации алмаза из флюидных магм: Н2 + СО = С + Н20; ЗНг + СО = СН» + НгО и др. (Маракушев, 2000) Источником воды в магматических очагах алмазной фации глубинности могут быть потоки I дубинных углеродно-водородных флюидов (Маракушев, 1992, 2000), в которых протекают подобные реакции Таким образом, эксперименты в модельной системе Ка20-С.а0-М%0-Ре0-А120з-8Ю2, близкой к составу природных рутиловых эклогитов, при давлении 7.0 ГПа свидетельствуют о том, что температура «сухого» солидуса эклогита составляет около Это превышает температуры образования природных эклогитов

из кимберлитовых трубок что может свидетельствовать об их флюидно-магматической природе.

Схемы кристаллизации гранатов. Фазовые диаграммы для бинарной системы пироп-альмандин при давлениях 6.5 и 4.0 ГПа (рис 1) позволяют рассмотреть различные схемы изменения магнезиальности гранатов, кристаллизующихся из магматического расплава на фоне изменения температуры, давления или обоих интенсивных параметров одновременно (рис. 8). В этом отношение интересны ситуации связанные с уменьшением температуры и давления, связанные с остыванием расплава и его подъемом к поверхности.

(1) Изобарическое остывание. В этом процессе количество граната относительно расплава постоянно увеличивается, что свидетельствует о росте этого минерала. Таким образом, нормальная кристаллизация пироп-альмандинового расплава на фоне снижения температуры при постоянном давлении приведет к образованию прямой (снижение магнезиальности к краю) ростовой зональности в минерале. Аналогичная зональность кристаллов возникнет при условиях, когда скорость остывания превышает скорость падения давления

(2) Согласно схеме на рисунке 8 противоположную эволюцию магнезиальности граната можно ожидать в процессе изотермического снижения давления Однако в этом случае

ростовая зональность не образуется в гранате, поскольку его количество уменьшается по отношению к расплаву. Иначе говоря, ранее выделившиеся кристаллы растворяются в расплаве. Аналогичные процессы растворения граната будут проявляться в результате быстрого сброса давления при медленном остывании Таким образом, следует вывод, что обратная зональность в отдельных кристаллах фаната не может возникнуть при нормальной

кристаллизации из расплава.

Однако схема (2) показывает, что в процессе быстрого снижения давления возможна кристаллизация последовательных генераций фаната с увеличивающейся магнезиальносгью при условии отделения ранее выделившихся кристаллов (фракционная кристаллизация). Если при этом процессе присутствует какая-либо фаза «консервирующая» ранее образованные кристаллы фаната, то магнезиальность этих кристаллов будет возрастать от включенных в

Ргр

-г-

во

Состав

100 А1ш

Рис.8. Схема кристаллизации фанатов.

ядра фазы-хозяина до включенных

периферийные зона этой фазы. Необходимо отметить, что подобная эволюция магнезиальное™ должна проявляться и для омфацитов, если предположить что при давлениях более 4.0 ГПа диопсид и геденбергит образуют непрерывный ряд твердых растворов. Закономерное увеличение магнезиальное™ включений граната и омфацита, распределенных по зонам роста, действительно описано в алмазах из кимберлитовых трубок Якутии (рис 9, Буланова и др., 1993; Ви1апоуа, 1995). Совместное увеличение магнезиальное™ граната и омфацита в этом процессе однозначно свидетельствует об их равновесии с расплавом, поскольку равновесие этих фаз без расплава (в субсолидусе) на фоне снижения Т и Р привело бы к снижению магнезиальное™. Подтверждением этому являются расплавные включения в этом же кристалле алмаза (Буланова и др., 1993) Кроме того, заметный рост магнезиальное™ граната указывает на то, что скорость декомпрессии, вероятно, превышала скорость остывания, что соответствует росту алмаза в процессе продвижения магматического расплава к поверхности.

Диаграммы плавкости системы пироп-альмандин (рис 1) указывают, что повышение магнезиальности фаната имеет место также при относительно постоянных Т и Р, но при условии снижения температур ликвидуса и солидуса системы. Такое снижение температуры возможно за счет введения в систему флюида. В мантийных ксенолитах эклогигов, в том

числе из якутских кимберлитов, чрезвычайно широко развиты процессы частичного плавления, в продуктах которых присутствуют закаленные стекла (Sobolev et al., 1999; Spetsius, Taylor, 2002; Misra et al, 2004; Шацкий и др, 2005). Состав продуктов частичного плавления (в частности, высокое содержание щелочей) указывают на то, что процессы плавления, обуславливаются взаимодействием ксенолитов с богатыми щелочами глубинными флюидами Появились данные о том, что с этими процессами также связана кристаллизация

* " ¿а

Рис.9. Схема, показывающая последовательное увеличение

концентрации пиропового компонента в микроалмазов в эклогитовых ксенолитах или гранатах в процессе фракционной

кристаллизации на фоне снижения д0Растание первичных алмазов с

давления 1, 2 - гранат (1) и омфацит (2), образованием так называемых волокнистых распределенные по зонам роста в алмазе „ . „ , „

из тр. "Мир" (Буланова и др., 1993); 3,4- оболочек Р«**»* ТаУ|ог- 2002>" 310

гранат и омфациг, включенные в алмаз из означает, что процессы частичного плавления эклогита, содержащего этот алмаз тр. _ _ _

"Мир" (Соболев и др., 1972); 5 - «ранаш "Р«™**™ ПРИ Р"Т условиях стабильности

рутиловых эклогитов тр. "Русловая" алмаза. К. Мисра с совторами (\lisra е1 а1., (Екимова, 1979); стрелками показано

нарастание магнезиальное™ граната. 2004> Указывают, что в ряде случаев в

контактах с продуктами частичного плавления матнезиальность изначальных зерен гранатов в эклогитовых ксенолитах заметно возрастает Рост магнезиалыюсти граната при частичном плавлении хорошо объясняются диаграммами плавкости пироп-альмандин (рис. 1 и 8).

Т о, приведенные примеры показывают, что увеличение магнезиальности гранатов на фоне снижения Т и Р возможно лишь в условиях их равновесия с расплавом. Иначе говоря, анализ тенденций изменения магнезиальности гранатов различных генераций на основе диаграмм плавкости системы пироп-альмандин (рис. 1 и 8) совместно с независимыми данными, показывающими тенденции в изменении Т и Р (например, вариации концентраций Ыа£) и ТЮ2 в гранатах, Ш/) и К^О пироксенах) позволяют в ряде случаев выделять магматическую стадию эволюции эклогитовых парагенезисов. Это особо важно для включений в алмазах, среди которых не всегда присутствуют включения расплавов Значение сульфидной среды в алмазообразованп. В настоящей работе рассматриваются две независимые друг от друга гипотезы образования алмаза с участием и сульфидной, и

эклогатовой составляющих. Они основываются на широкой распространенности как сульфидов, так и эклогитовых минералов в центрах кристаллов алмаза (напр. Гаранин и др., 1991; Соболев, 1974), а также на полученных данных эксперимента по синтезу алмаза в системе сульфид-эклогит-карбонат.

Первая версия, предложенная А.А. Маракушевым, рассматривает образование алмаза согласно реакции: К^евК^ + (Н2 + 0.5С82) = К^БЮз + 0.5С (алмаз) + Рев + Н20 или ¡^евЮ* + Н28 + СН4 = МДООэ + С (алмаз) + Рев + НгО + 2Н2. При воздействии водородно-сероуглеродного флюида на железистые магматические дифференциаты (согласно реакции на нормативно оливиновые) (Маракушев, Безмен, 1983; Маракушев, 1993; МагакивЬеу, ВоЬтоу, 2005), происходит сулъфуризация железистых нормативных минералов с образованием пирротина (обычного во включениях как в алмазе, так и в перидотитах, пироксенитах и эклогитах). В результате этого процесса силикаты становятся более магнезиальными. Это согласуется с известным фактом более высокой железистости эклогитовых минералов, включенных в алмаз, по сравнению с минералами алмазоносных эклопггов, содержащих этот алмаз (напр. Соболев и др., 1972), а также с закономерным увеличением магнезиальное™ гранатов, зонально распределенных во включениях в алмазе из тр.«Мир» (Буланова и др., 1993). Т.о., алмазообразование с участием сульфидной составляющей может быть сопряжено с перидотитовым, пироксенитовым и экпогитовым магматизмом на основе флюидной сульфуризации богатых железом магматических дифференциатов. Данная гипотеза ставит новые задачи в области экспериментальной петрологии.

Вторая версия указывает на возможность кристаллизации алмаза непосредственно из сульфидных расплавов путем растворения в них углерода (Буланова и др., 1986; Ви1апоуа, 1995; 8реЫ№, 1999). Найденные в природе сульфидные оболочки или пленки, покрывающие алмазы эклогигов якутских кимберлитовых трубок (Буланова и др., 1990; БрвЫш, 1999) могут служить доказательством образования алмаза непосредственно из сульфидного расплава, т.к. в ходе экспериментов по синтезу алмаза в углерод-сульфидной системе обнаружены на алмазах аналогичные тонкие сульфидные пленочные покрытия (рис.4в). Недавно появились данные о находках включений сульфидных расплавов в алмазах трубки Юбилейная (Якутия); в этих же кристаллах алмаза встречаются и карбонатитовые расплавиые включения (Юет-ВепОато! е1 а!., 2003; Ьо^поуа й а!.. 2003). Эти находки дают основание предполагать сосуществование сульфидной и карбонатитовой материнских сред. В данной работе экспериментально подтверждена несмесимость карбонатных и сульфидных расплавов, т.е. их сосуществование и взаимозаменяемость как материнских сред вполне

оправдана. Однако вопрос о растворимости силикатных минералов мантии в карбонатных и сульфидных расплавах приобретает принципиальное значение в связи с проблемой сингенеза алмаза и силикатных минералов, захватываемых им при росте. Карбонатный расплав является хорошим растворителем и для алмаза и для силикатных минералов (Сафонов и др., 2002). Если силикатные минералы также эффективно растворяются в сульфидных расплавах, как и в карбонатитовых, то это может обеспечить перекристаллизацию минералов вмещающих пород в сульфидных расплавах с формированием ассоциации силикатных включений в алмазах, как это наблюдается для карбонатитовых расплавов. Если же растворимость силикатных минералов в сульфидных расплавах ничтожна (а эксперимент это подтверждает), то совершенно очевидно, что формирование включений силикатных минералов в природных алмазах, содержащих также и сульфидные включения, осуществляется независимо от сульфидных расплавов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ К ЧАСТИ 2.

На основе сравнительной характеристики природных и экспериментальных данных установлено: а) температура «сухого» солидуса эклогига составляет около 1450°С, которая превышает температуры образования природных эклогигов, что отражает их флюидно-магматическую природу; б) выявлена зависимость между содержанием Са-молекулы Эскола в омфаците и логарифмом константы распределения железа и магния между гранатом и пироксеном (1пК<1), что является важным фактом в расчете новых геотермометров и геобарометров для сверхвысоких давлений (предположительно более 5.0 ГПа); в) понижение давления снижает температуру солидуса граната и пироксена, так что их кристаллизация смещается в область высокотемпературных миналов, создавая условия для фракционной кристаллизации гранатов с последовательным захватом их алмазом; г) устанавливается сопряженность сульфидного алмазообразования с флюидной сульфуризацией богатых железом магматических дифференциал», объясняющая обилие сульфидов во включениях в алмазе; д) синтез алмаза в сульфидных, сульфидно-карбонатных и силикатно-сульфидно-карбонагных расплавах при давлениях 7.0-8.0 ГПа выявил эффективную роль сульфидной среды (пирротиновой и пирротин-пенгландитовой) для нуклеации и роста алмаза в глубинных породах наряду с карбонатитовой. Сульфидные оболочки или пленки, покрывающие алмазы эклогитов якутских кимберлитовых трубок (Буланова и др., 1990; Зрейпк, 1999) могут служить доказательством образования алмаза непосредственно из сульфидного расплава, поскольку аналогичные тонкие сульфидные пленочные покрытия обнаружены в ходе экспериментов по синтезу алмаза в углерод-сульфидной системе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На основе экспериментального изучения фазовых равновесий гранатовых и эклогитовых систем и анализа петрологических данных для гранат-омфацитовых парагенезисов установлен котектический характер гранат-клинопироксеновой ассоциации в магматических очагах алмазной фации глубинности. Температура «сухого» солидуса эклогита превышает температуру образования эклогитов нодулей кимберлитовых трубок, что отражает флюидную природу эклогитовых магматических систем Построена схематическая диаграмма кристаллизации магматических гранатов Показано, что образование обратной зональности гранагга невозможно в результате его кристаллизации из магматического расплава при понижении давления в ходе восходящей интрузии, т.к гранат может полностью раствориться, однако при фракционной кристаллизации возможно образование зонально распределенных гранатов по зонам роста алмаза с повышением пироповой составляющей в гранатах из краевых зон Показано, что необходимо учитывать влияние содержания кальциевой молекулы Эскола в клинопироксене на константу перераспределения магния и железа между гранатом и клинопироксеном при разработке новых геотермометров и геобарометров, направленных на определение температуры и давления в условиях стабильности алмаза.

На основе экспериментального исследования процессов алмазообразования в расплавах модельных сульфидов с растворенным углеродом и в системе эклогит-карбонат-сульфид-углерод впервые установлена возможность кристаллизации алмаза из сульфидной алмазообразующей среды Установлены эффекты жидкостной несмесимости между карбонатными и сульфидными, а также сульфидными и силикатными расплавами в РТ условиях стабильности алмаза Полученные результаты могут применяться для создания новых методов синтеза алмаза, а также для дальнейшего развития физико-химической модели генезиса природных алмазов.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1. Бутвина В.Г.. Бобров A.B., Литвин Ю.А. Экспериментальное изучение системы пироп -гроссуляр - альмандин при 6,5 Ша и 1500-1900°С // ДАН. 2001. Т 379. № 5. С. 655-658.

2. Butvina V.G.. Bobrov А V., Litvin Yu.A. The pyrope-almandine system at 6 5 GPa // Exper in Geosciences. 1999. V. 9. № 2. P. 66-68.

3. Marakushev A.A., Bobrov A.V., Butvina V.G.. Sang Longkang and Liu Rong. Petrology of the Maksyutov Eclogite Blueschitst Complex, Southern Urals // Cont. Dynamics 2001. V. 6. №2. P. 9-16.

4. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А. Фазовые отношения при плавлении системы омфацит -гранат при давлении 7,0 ГПа: экспериментальное моделирование происхождения алмазоносных эклогитов // Веста Отд. наук о Земле РАН, 1 (20), 2002.

5. Литвин Ю.А, Бутвина В Г, Бобров А.В, Жариков В.А. Первые синтезы алмаза в сульфид - углеродных системах: роль сульфидов в генезисе алмаза И ДАН. 2002. Т. 382. J61.C. 106-109.

6 Butvina V.G.. Litvin Yu A, Spetsius Z.V. Diamond synthesis in sulfide melts in the eclogite-sulfide-carbonate system at P=6-8 GPa//Exper. in Geosciences 2002. V. 10. № 1. P. 7-9.

7. Литвин Ю.А, Бутвина В.Г. Алмазообразующие среды в системе эклогит-карбонатиг-сульфид-углерод по данным экспериментов при 6 0-8.5 ГПа // Петрология. 2004. Т. 12. №4. С. 426-438.

8. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А, Маракушев А.А. Закономерности изменения состава минералов эклогитов: экспериментальные и природные данные // Вестн Отд наук о Земле РАН, 1(22), 2004.

9. Бутвина В.Г. Условия формирования эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал) //Веста. Моск. Ун-та. 2001. Сер.4. Геология. №3. С.52-55.

10. Бобров А.В, Бутвина В.Г. Происхождение и метаморфические преобразования эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал) // Бюлл. МОИП, отд геол. 2000 №4. С. 49-58.

11 Litvin Yu A, Spivak A.V, Butvina V.G. et al Diamond growth from melt-solutions of the carbonate-silicate-sulfide-carbon systems of natural chemistry- boundary conditions, mechanisms and kinetics of mass transfer (experiment at 5 5-8 5 GPa) // Proceed. 5Л ICSC. 0bninsk-2003. V.I. P. 173-185.

12. Butvina V G.. Bobrov A.V, Litvin Yu.A. Melting Experiments on the Pyrope-Almandine-Grossular Join at Pressures 6.5 GPa: The Application to the Genesis of Diamond-bearing Eclogites // 8th EMPG, Bergamo, Italy. J.Conf. Abs 2000. V. 5. №1. P. 21.

13. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А, Бобров А.В, Специус З.В. Синтезы алмаза в сульфидных расплавах эклогит-сульфид-карбонаггной системы при Р = 6-8 ГПа // XIV Рос. сов. по экспер. минералогии (тез. докл.). 2-4 октября 2001г. Черноголовка. С. 34.

14. Butvina V.G.. Litvin Yu A Diamond Synthesis in the Eclogite-Carbonale-Sulfide System at a Pressure of 8.0 GPa // «The Deep Earth' Theory, Experiment and Observation Mantle Process»: Portugal, Espinho. Abstracts 2001.

15. Bobrov A.V., Litvin Yu.A., Butvina V.G. Sulfide medium of diamond crystallization: experimental and natural aspects // 8th International Conference "New Diamond Science and Technology". 2002. The University of Melbourne, Australia. Abs.

16. Butvina V.G.. Litvin Yu.A. Melting Experiments on the Gamet-Omphacite Join at Pressure 7 GPa: the Experimental Modelling of Formation's Conditions of Diamond-bearing Eclogites // 9th EMPG, Zurich, Switzerland. J.Conf. Abs. 2002. V. 7. №1. P. 21.

17. Litvin Yu.A., Butvina V.G.. Spivak A.V. Formation of natural diamonds in carbonate -silicate and sulfide melts: the evidence from high - pressure experiments.- In: Mineralogy of New Millenium (18th General Meeting of the IMA, 1-6 September 2002, Edinburgh, Scotland). Abstracts. 2002. P. 75.

18. Butvina V. Litvin Y. Experimental formation conditions of eclogites (according the data of the Maksyutov eclogites-blueschist complex, Southern Urals) // 5th EMU and Symposium on UHP Metamorphism. 2003. Budapest. Hungary. Abstract. P. 5.

19. Bobrov A.V., Litvin Yu.A., Butvina V.G. Diamond synthesis in sulfide medium at 6-8 GPa: application to natural data // 8th КС. 2003.Victoria, ВС, Canada. Long Abstract.

20. Bobrov AV., Litvin Yu.A., Butvina V.G.. Shushkanova A.V. The role of sulfide medium in diamond crystallization: experiments at 6-8 GPa // Geoch. et Cosmochim. Acta. Goldshmidt Geochem. Conf. 2003. V. 67(18-S1). P. A41.

21. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А., Маракушев А.А. Закономерности изменения состава минералов эклогитов: экспериментальные и природные данные // ЕСЭМПГ, 2004. Москва. Тез. докл. С. 9.

22. Butvina V.G.. Litvin Yu.A. Garnet-clinopyroxene equilibria at 7.0 GPa: conditions of diamond-bearing eclogite formation II2004. 32th IGC, Abs. on CD-ROM (part 1), p.466-467.

23. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А. Карбонатно-силикатно-сульфидяые расплавы как эффективные среды природного алмазообразования по данным экспериментов при 6.08.5 ГПа // Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений. Междун. симп., посвященный 70-летию академика Н.В.Соболева. Новосибирск, 3-5 июня 2005г. Тез.докл. С. 24.

24. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А., Маракушев А.А. Равновесие омфацит-гранат в системе Na20-Ca0-Fe0-Mg0-Al203-Fe203-Ti02-Si02, моделирующей ильменит-рутиловые магнезиально-железистые эклогиты // XV РСЭМ. Сыктывкар, 2005. Тез.докл. С. 32-34.

25. Бутвина В.Г.. Литвин Ю.А. Алмазообразование в расплавах системы эклогит-карбонат-сульфид-углерод // XV РСЭМ. Сыктывкар, 2005. Тез.докл. С. 30-31.

>кзг>

Подписано в печать 10.01.2006 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 пл. Тираж 200 экз. Заказ № 474 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к.102

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Бутвина, Валентина Григорьевна

Введение.

Часть 1. Экспериментальные исследования.

Глава 1. Методы исследования. щ 1.1.1. Техника и методика эксперимента.

1.1.2. Фактический материал и аналитические методы исследования.

1.1.3. Теоретические методы: политермические разрезы многокомпонентных систем.

Глава 2. Экспериментальное исследование системы гранат-омфацит при 7.0 ГПа.

1.2.1. Литературный обзор: экспериментальные данные по эклогитовой системе в условиях стабильности алмаза.

1.2.2. Изучение системы пироп-гроссуляр-альмандин.

1.2.3. Данные в системах пироп-омфацит и альмандин-омфацит. 41 щ 1.2.4. Изучение внутреннего политермического сечения гранат-омфацит.

1.2.5. Построение псевдотройной системы пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) - омфацит при 7.0 ГПа.

Глава 3. Синтез алмаза в расплавах системы эклогит - карбонат - сульфид - углерод.

1.3.1. Литературный обзор: экспериментальные данные по синтезу алмаза.

1.3.2. Задачи в области генезиса алмаза. 61 ® 1.3.3. Методика эксперимента по синтезу алмаза.

1.3.4. Кристаллизация алмаза в системах с участием эклогита, карбоната, сульфида и углерода.

1.3.5. О роли сульфидов, эклогитов и карбонатов в процессах природного алмазообразования. 84 Основные выводы к части 1. 87 Часть 2. Природные эклогитовые системы в сопоставлении с экспериментальными исследованиями.

Глава 1. Литературный обзор.

2.1.1. Классификации эклогитов.

2.1.2. Эклогиты. Петрологические аспекты. 92 ф 2.1.2.1. Породообразующие минералы.

2.1.2.2. Зональность граната.

2.1.2.3. Известные геотермометры эклогитов.

2.1.3. Первичные (сингенетические) включения в алмазах и проблема материнских алмазообразующих сред. Минералогические данные.

Глава 2. Эксперимент в приложении к природным данным.

2.2.1. Котектические соотношения граната и клинопироксена в эклогитовой системе.

2.2.2. Закономерности изменения состава гранат-клинопироксеновых парагенезисов.

2.2.3. Схемы кристаллизации гранатов.

2.2.4. Значение сульфидной среды в алмазообразовании. 124 Основные выводы к части 2. 128 Заключение.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Экспериментальные исследования фазовых равновесий и алмазообразования в эклогит-карбонат-сульфидных системах"

Актуальность работы.

Наряду с пироповыми перидотитами, эклогиты являются главными алмазоносными породами. Образование алмаза в них зависит от многих факторов, ведущими из которых являются давление и состав алмазообразующей среды. Поэтому выяснение физико-химических условий формирования собственно эклогитовых парагенезисов и их связи с процессами кристаллизации алмаза представляет большой научный интерес и является актуальной проблемой глубинной петрологии. Разнообразие сингенетических включений (кристаллических, расплавных и флюидных) в алмазе (Соболев, 1974; Соболев и др., 1972, 1997; Буланова и др., 1982, 1993; Ефимова и др., 1983; Гаранин и др., 1991; Navon et al., 1988, 2003; Taylor et al., 1996, 2004; Wang et al., 1996; Klein-BenDavid et al., 2003; Logvinova et al., 2003 и др.) предполагает сложные многофазовые составы алмазообразующих сред. Выяснение соотношений между силикатными, карбонатными и сульфидными компонентами (как самыми распространенными первичными включениями и спутниками алмаза) при алмазообразовании имеет ключевое значение в раскрытии физико-химических условий генезиса алмаза и алмазоносных пород.

Цель работы.

Выяснение физико-химических условий образования эклогитов и их алмазоносности: экспериментальное исследование фазовых равновесий гранатовой (пироп-альмандин) и эклогитовой (гранат-омфацит) систем, а также процессов алмазообразования в расплавах модельных сульфидов с растворенным углеродом и в системе эклогит-карбонат-сульфид-углерод при высоких давлениях и температурах, отвечающих условиям термодинамической устойчивости алмаза; анализ петрологических данных для гранат-омфацитовых парагенезисов и их интерпретация на основе экспериментальных данных.

Защищаемые положения.

2. Экспериментальное исследование фазовых равновесий псевдотройной системы омфацит - пироп (+32 мол. % гроссуляра) - альмандин (+32 мол. % гроссуляра) в ее политермическом сечении омфацит-пироп^альмандинззгроссулярзг при давлении 7.0 ГПа показало, что плавление гранат-омфацитовой ассоциации является котектическим, а температура ее «сухого» солидуса в данном сечении составляет около 1450°С. Это значение выше, чем расчетные температуры образования эклогитов в нодулях кимберлитовых трубок, что может свидетельствовать о флюидной природе эклогитовых магматических систем мантии.

3. Впервые выполнены синтезы алмаза в сульфидных пирротин-пентландит-халькопиритовых расплавах с растворенным углеродом при давлениях 7.0 - 8.0 ГПа; экспериментальными исследованиями кристаллизации алмаза в сульфидно-карбонатных и гранат-омфацит-сульфидно-карбонатных расплавах (с углеродом) выявлена высокая алмазообразующая эффективность природных сульфидных сред (сопоставимо с карбонатными) для нуклеации и роста алмаза.

Научная новизна.

1. Экспериментально обоснована флюидно-магматическая природа эклогитов из кимберлитовой трубки «Удачная».

2. Обоснована модель сопряженности сульфидного алмазообразования с флюидной сульфуризацией богатых железом магматических дифференциатов.

3. При давлениях 6.5 и 4.0 ГПа изучена бинарная система пироп-альмандин. Показано, что она представляет собой I тип диграмм Розебома с неограниченной смесимостью компонентов в жидком и твердом состояниях. Впервые установлено, что альмандин в изученном интервале давлений плавится конгруэнтно.

4. При давлении 7.0 ГПа и температурах 1200 - 1600°С экспериментально исследовано внутреннее политермическое сечение омфацит-гранат многокомпонентной псевдотройной системы пироп (+гроссуляр) - альмандин (+гроссуляр) - клинопироксен (омфацит). С помощью этого политермического разреза и диаграммы плавкости пироп-альмандин впервые построена линия совместной кристаллизации (котектика) граната и омфацита в условиях стабильности алмаза.

5. Проведен синтез алмаза при высоких давлениях в сульфид - углеродных и более сложных эклогит - сульфид - углеродных системах. Впервые показана эффективность мантийных сульфидных расплавов как алмазообразующих сред.

6. Установлены эффекты жидкостной несмесимости карбонатных и сульфидных, а также сульфидных и силикатных расплавов в РТ (7.0-8.5 ГПа и 1500-1980°С) условиях стабильности алмаза.

Практическая значимость.

Построенные фазовые диаграммы в многокомпонентной эклогитовой системе позволяют восстанавливать физико-химические условия образования и эволюции природных эклогитов, в частности по особенностям кристаллизации главного минерала эклогитов -граната.

Фактический материал и методы исследований.

В ходе работы были экспериментально изучены (поставлено более 100 экспериментов) системы пироп-гроссуляр-альмандин, альмандин-омфацит, гранат-омфацит, эклогит-карбонат-сульфид-углерод при высоких Т-Р параметрах на установке HJI-13T в лаборатории флюидно-магматических процессов ИЭМ РАН г.Черноголовка. Дополнительно были изучены природные образцы (10 шт.) алмазоносных эклогитов кимберлитовой трубки «Удачная», был изучен обширный полевой материал - более 40 образцов эклогитов максютовского эклогит-глаукофансланцевого комплекса - района д. Караяново, Шубинского месторождения рутиловых эклогитов, д. Антинган - часть которого была отобрана в полевых работах автора в 2001 году. Коллекции эклогитов были предоставлены для изучения доцентом кафедры петрологии Бобровым А.В.

Основными методами исследования экспериментальных и природных образцов были детальные минералого-петрографические, электронно-зондовые исследования, рентгеноструктурный анализ и иммерсионный метод исследования, а также проведенный на их основе физико-химический анализ парагенезисов минералов эклогитов.

Апробаиия работы.

Результаты работы представлены на X научных чтениях памяти проф. И.Ф.Трусовой, МГГА, 2000г.; 8ой, 9ой Международных конференциях по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Италия (Бергамо, 2000), Швейцария (Цюрих, 2002); Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов», МГУ, 2000; Верещагинских чтениях по химии и физике высоких давлений, Москва, хим. ф-т МГУ им. М.ВЛомоносова, 2001; XIV Российском совещании по экспериментальной минералогии,

Черноголовка, 2001; ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Москва, ГЕОХИ, 2002-2004гг., VI Международной эклогитовой конференции, Япония, 2001; 8ой Международной конференции "New Diamond Science and Technology", Мельбурн, Австралия, 2002; 180м совещании Международной минералогической ассоциации, Эдинбург, Шотландия, 2002; 5ой школе Европейского минералогического союза и Симпозиуме по сверхвысокобарному метаморфизму, Будапешт, Венгрия, 2003; 8ой Международной кимберлитовой конференции, Канада, 2003; 320м Международном геологическом конгрессе, Флоренция, Италия, 2004; Международном симпозиуме «Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений», посвященном 70-летию академика Н.В.Соболева. Новосибирск, 3-5 июня 2005г. Основные положения работы изложены в 11 статьях и тезисах 14 докладов.

Структура и объем работы.

Заключение Диссертация по теме "Петрология, вулканология", Бутвина, Валентина Григорьевна

Основные выводы к части 2.

На основе сравнительной характеристики природных и экспериментальных данных были сделаны следующие выводы:

1) изучение составов фаз в изученной экспериментально системе гранат-клинопироксен позволило сформулировать следующие выводы: а) выявлена зависимость между содержанием Са-молекулы Эскола в клинопироксене и логарифмом константы распределения железа и магния между гранатом и пироксеном (InKd), что является важным фактом в расчете новых геотермометров и геобарометров для сверхвысоких давлений (предположительно более 5.0 ГПа); б) более высокотемпературные гранат-клинопироксеновые парагенезисы образуют на диаграмме CFM пару с более короткой коннодой, а на диаграмме перераспределения железа между сосуществующими гранатов и клинопироксеном, точки составов высокотемпературных минералов лежат ближе к линии

Kd=l;

2) температура «сухого» солидуса эклогита составляет около 1450°С, это превышает температуры образования природных эклогитов, что может свидетельствовать об их фл/оыдно-магматической природе;

3) изменение состава граната в том или ином направлении определяется относительным снижением температуры и давления. Так, в случае резкого сброса давления при слабом падении температуры происходит увеличение магнезиальности граната и расплава, значительное снижение температуры при малом уменьшении давления приводит к противоположному эффекту роста железистости граната и расплава и, наконец, возможен случай достаточно медленного остывания на фоне медленного снижения давления, при котором из расплава будет кристаллизоваться гранат приблизительно постоянного состава. Таким образом, понижение давления снижает температуру солидуса граната и пироксена, так что их кристаллизация смещается в область высокотемпературных миналов, создавая условия для фракционной кристаллизации гранатов с последовательным захватом их алмазом.

4) устанавливается сопряженность сульфидного алмазообразования с флюидной сульфуризацией богатых железом магматических дифференциатов, объясняющая обилие сульфидов во включениях в алмазе;

5) синтез алмаза в сульфидных, сульфидно-карбонатных и силикатно-сульфидно-карбонатных расплавах при давлениях 7.0-8.0 ГПа выявил эффективную роль сульфидной среды (пирротиновой и пирротин-пентландитовой) для нуклеации и роста алмаза. Найденные в природе сульфидные оболочки или пленки, покрывающие алмазы эклогитов якутских кимберлитовых трубок (Буланова и др., 1990; Spetsius, 1999) могут служить доказательством образования алмаза непосредственно из сульфидного расплава, т.к. в ходе экспериментов по синтезу алмаза в углерод-сульфидной системе обнаружены на алмазах аналогичные тонкие сульфидные пленочные покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На основе экспериментального изучения фазовых равновесий гранатовых и эклогитовых систем и анализа петрологических данных для гранат-омфацитовых парагенезисов установлен котектический характер гранат-клинопироксеновой ассоциации в магматических очагах алмазной фации глубинности. Температура «сухого» солидуса эклогита превышает температуру образования эклогитов нодулей кимберлитовых трубок, что отражает флюидную природу эклогитовых магматических систем. Построена схематическая диаграмма кристаллизации магматических гранатов. Показано, что образование обратной зональности граната невозможно в результате его кристаллизации из магматического расплава при понижении давления в ходе восходящей интрузии, т.к. гранат может полностью раствориться, однако при фракционной кристаллизации возможно образование зонально распределенных гранатов по зонам роста алмаза с повышением пироповой составляющей в гранатах из краевых зон. Показано, что необходимо учитывать влияние содержания кальциевой молекулы Эскола • в клинопироксене на константу перераспределения магния и железа между гранатом и клинопироксеном при разработке новых геотермометров и геобарометров, направленных на определение температуры и давления в условиях стабильности алмаза.

На основе экспериментального исследования процессов алмазообразования в расплавах модельных сульфидов с растворенным углеродом и в системе эклогит-карбонат-сульфид-углерод впервые установлена возможность кристаллизации алмаза из сульфидной алмазообразующей среды. Установлены эффекты жидкостной несмесимости сложных силикатно-карбонатных и сульфидных, а также сульфидных и силикатных расплавов в РТ условиях стабильности алмаза. Полученные результаты могут применяться для создания новых методов синтеза алмаза, а также для дальнейшего развития физико-химической модели генезиса природных алмазов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Бутвина, Валентина Григорьевна, Москва

1. «Современная техника и методы экспериментальной минералогии». Под ред. В.А.Жарикова, И.П.Иванова, Ю.АЛитвина.- М.: «Наука», 1985. 280с.2. «Фации регионального метаморфизма высоких давлений». Под ред. B.C. Соболева.-М.: «Недра», 1974. 328с.

2. Безбородое С.М., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Михайличенко О.А. Минералогия алмазоносных эклогитов из кимберлитовой трубки «Удачная» // Минералогический журнал. 1991. Т.13. №3. С. 24-35.

3. Бобров А.В. Генетическое значение гранат-клинопироксеновых парагенезисов из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции.- Дис. г.-м.н. Москва, 1997. 168с.

4. Бобров А.В., Бутвина В.Г. Происхождение и метаморфические преобразования эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал) // Бюлл. МОИП, отд. геол. 2000. №4. С. 49-58.

5. Богатиков О.А. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). М.: Изд-во МГУ, 1999. 524с.

6. Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Пальянов Ю.Н., Калинин А.А., Соболев Н.В. Исследование кристаллизации алмаза в щелочных силикатных, карбонатных и карбонат силикатных расплавах // ДАН. 1999. Т. 366. № 4. С. 530 - 533.

7. Буланова Г.П., Барашков Ю.П., Талышкова С.Б., Смелова Г.Б. Природный алмаз -генетические аспекты. Новосибирск: ВО «Наука», 1993. 168с.

8. Буланова Г.П., Варшавский А.В., Лескова Н.В., Никишова Л.В. Центральные включения как индикатор условий нуклеации природного алмаза. В кн.: Физические свойства и минералогия природных алмазов. Якутск: изд. ЯФ СО АН СССР, 1979. С. 29-45.

9. Буланова Г.П., Шестакова О.Е., Лескова Н.В. Джерфишерит в сульфидных включениях из алмаза//ДАН СССР. 1980. Т. 255. № 2. С. 430-433.

10. Буланова Г.П., Шестакова О.Е., Лескова Н.В. Включения сульфидов в якутских алмазах // Зап. ВМО. 1982. Вып. 5. С. 557-562.

11. Буланова Г.П., Варшавский А.В., Лескова Н.В., Никишова Л.В. Центральные включения индикаторы условий зарождения природных алмазов // Физические свойства и минералогия природного алмаза. Якутск, 1986. С.29-45.

12. Буланова Г.П., Павлова Л.П. Включение магнезитового перидотита в алмазе из трубки Мир //ДАН СССР. 1987. Т. 295. С. 1452-1456.

13. Буланова Г.П., Спецнус З.В., Лескова Н.В. Сульфиды в алмазах и мантийных ксенолитах из кимберлитовых трубок Якутии. Новосибирск: Наука, 1990. 118с.

14. Бутвина В.Г. Условия формирования эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал) // Вестн. Моск. Ун-та. 2001. Сер.4. Геология. №3. С.52-55.

15. Бутвина В.Г., Бобов А.В., Литвин Ю.А. Экспериментальное изучение системы пироп -гроссуляр альмандин при 6,5 ГПа и 1500-1900°С // ДАН. 2001. Т. 379. №5. С. 655-658.

16. Вавилов М.А. Реликтовые алмазосодержащие ассоциации метаморфических пород Кокчетавского массива.- Дис. г-м. и. Новосибирск, 1995.

17. Варшавский А.В., Буланова Г.П., Лескова Н.В., Никишова Л.В. Центральные включения — индикаторы условий зарождения природных алмазов. В кн.: 27-й Международный геол. конгресс. 1984. Т. 5. Секция 10-11. С. 193-194.

18. Виноградов Д.П., Кушев В.Г. Эклогиты и специфика базитового магматизма докембрия.- В кн. «Проблемы докембрийского магматизма». Л.: Наука, 1974. С. 246249.

19. Владимиров Б.М., Волянюк Н.Я., Пономаренко А.И. Глубинные включения из кимберлитов, базальтов, кимберлитоподобных пород. М.: Наука, 1976. 283с.

20. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Серенко В.П., Харькив А.Д. Ильменитовый эклогит из кимберлитовой трубки «Мир» // ДАН. 1981. Т. 260. № 4. С. 981 -985.

21. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Харькив А.Д., Чистякова В.Ф. Новая разновидность эклогитов в кимберлитах Якутии //ДАН. 1982. Т. 262. № 6. С. 1450-1455.

22. Гаранин В.К., Крот А.Н., Кудрявцева Г.П. Сульфидные включения в минералах из кимберлитов. Ч. 1,2. М.: Изд-во МГУ, 1988.48 и 176с.

23. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Марфунин А.С., Михайличенко О.А. Включения в алмазе и алмазоносные породы. Под ред. Марфунина А.С. Москва: Изд-во МГУ, 1991.240с.

24. Геншафт Ю.С., Наседкин В.В., Рябинин Ю.Н. Эклогитизация щелочного базальта при высоких температурах и давлениях. В кн. «Экспериментальные исследования минералообразования в сухих и окисленных силикатных системах». М.: Наука, 1972.

25. Граменицкий Е.Н., Котельников А.Р., Щекина Т.И., Батапова A.M. Методическоеруководство к занятиям по курсу «Экспериментальная и техническая петрология».t

26. Москва: Научный мир, 2003. 80с.

27. Добрецов Н.Л., Меламед В.Г., Шарапов В.Н. Динамика регионального метаморфизма для модели простого погружения коры океанического типа // Геология и геофизика. 1970. №10.

28. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир, 1983. 300с.

29. Екимова Т.Е. Новые данные по минералогии рутиловых эклогитов из кимберлитовых трубок Якутии // Вест. Моск. Ун-та. Сер. Геол. 1979. № 2. С.85-89.

30. Ефимов И.А. Древнейшие породы Казахстана и северной Киргизии.- Докт. дис. г.-м. наук, Алма-Ата. 1972.

31. Ефимова Э.С., Соболев Н.В. Распространенность кристаллических включений в алмазах Якутии // ДАН. 1977. Т. 237. № 6. С. 1475-1478.

32. Ефимова Э.С., Соболев Н.В., Поспелова JT.H. Включения сульфидов в алмазах и особенности их парагенезиса // Зап. ВМО. 1983. Т. 112. Вып. 3. С. 300-310.

33. Заварицкий А.Н., Соболев B.C. Физико-химические основы петрографии изверженных горных пород. М.: Госгеолтехиздат, 1961. 384 с.

34. Захаров A.M. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. М.: Металлургия, 1964. 296 с.

35. Иванов К.С. Основные черты геологической истории (1,6-0,2 млрд. лет) и строения Урала. Екатеринбург, 1998.

36. Иванов С.Н., Самыгин С.Г. Формирование земной коры Урала. Под ред. С.Н. Иванова и С.Г. Самыгин. М.: Наука, 1986. С. 32-34,198-199.

37. Йодер Г.С., Тили К.Э. Происхождение базальтовых магм. М.: Изд-во «Мир», 1965. 247с.

38. Карстен JI.A., Иванов К.С. Условия образования и возможная алмазоносность эклогитов Урала // ДАН. 1994. Т. 335. № 3. С. 335-339.

39. Кеннеди Дж.С., Рыженко Б.Н. Влияние давления на эвтектику в системе Fe-FeS //

40. Геохимия. 1973. № 9. С. 1392-1395.

41. Кушев В.Г., Виноградов Д.П. Метаморфогенные эклогиты. Новосибирск. Наука, 1978. 112с.

42. Литвин Ю.А. О механизме образования алмаза в системах металл угдерод // Известия АН СССР. Неорганич. материалы. 1968. Т. 4. № 2. С. 175-181.

43. Литвин Ю.А. Физико химические исследования плавления глубинного вещества Земли. Москва: Наука, 1991. 312 с.

44. Литвин Ю.А. Горячие точки мантии и эксперимент до 10 ГПа: щелочные реакции, карбонатизация литосферы, новые алмазообразующие системы // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. №12. С. 1772-1779.

45. Литвин Ю.А. Щелочно-хлоридные компоненты в процессах роста алмаза в условиях мантии и высокобарного эксперимента // ДАН. 2003. Т. 389. № 3. С. 1-5.

46. Литвин Ю.А., Чудиновских Л.Т., Жариков В.А. Кристаллизация алмаза и графита в мантийных щелочно карбонатных расплавах в эксперименте при 7-11 ГПа // ДАН. 1997. Т. 355. № 5. С. 668-670.

47. Литвин Ю.А., Алдушин К.А., Жариков В.А. Синтез алмаза при 8.5 9.5 ГПа в системе КгСа(СОз)2 - МагСа(СОз)2, отвечающей составам флюидно - карбонатитовых включений в алмазах из кимберлитов // ДАН. 1999. Т. 367. № 4. С. 529-532.

48. Литвин Ю.А., Жариков В.А. Первичные флюидно карбонатитовые включения в алмазе, моделируемые системой Кг О - ЫагО - CaO - MgO - FeO - СОг, как среда алмазообразования в эксперименте при 7-9 ГПа // ДАН. 1999. Т. 367. № 3. С. 397-401.

49. Литвин Ю.А., Жариков В.А. Экспериментальное моделирование генезиса алмаза: кристаллизация алмаза в многокомпонентных карбонатно силикатных расплавах при 5 - 7 ГПа и 1200 -1570 °С // ДАН. 2000. Т. 372. № 6. С. 808-811.

50. Литвин Ю.А., Джонс А.П., Берд А.Д. и др. Кристаллизация алмаза и сингенетических минералов в расплавах алмазоносных карбонатитов Чагатая, Узбекистан // ДАН. 2001. Т. 381. №4. С. 528-531.

51. Литвин Ю.А., Бутвина В.Г., Бобров А.В., Жариков В.А. Первые синтезы алмаза в сульфид-углеродных системах // ДАН. 2002. Т. 382. № 1. С. 106-109.

52. Литвин Ю.А., Бутвина В.Г. Алмазообразующие среды в системе эклогит-карбонатит-сульфид-углерод по данным экспериментов при 6.0-8.5 ГПа // Петрология. 2004. Т. 12. №4. С.426-438.

53. Литвин Ю.А., Шушканова А.В., Жариков В.А. Несмесимость сульфид-силикатных расплавов мантии: роль в сингенезисе алмаза и включений (опыты при 7.0 ГПа) // ДАН. 2005. Т. 402. № 5. С. 656-660.

54. Лутц Б.Г. Эклогиты верхней мантии. В сб. «Связь поверхностных структур земной коры с глубинными». Киев. «Наукова думка», 1971. С. 218-223.

55. Малиновский И.Ю., Дорошев А.М., Калинин А.А. Исследование устойчивости гранатов ряда пироп-гроссуляр при Р=30кбар //ДАН СССР. 1982. Т.268. №1. С.189-194.

56. Маракушев А.А. Минеральные ассоциации алмаза и проблема образования алмазоносных магм // Очерки физ.-хим. петрологии. Москва. 1985. Вып.13. С. 5-53.

57. Маракушев А.А. Петрология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 309с.

58. Маракушев А.А. Происхождение и эволюция Земли и других планет СолнечнойVсистемы. М.: Наука, 1992.208с.

59. Маракушев А.А. Петрография. М.: Изд-во МГУ, 1993. 320с.

60. Маракушев А.А. Некоторые петрологические аспекты генезиса алмаза // ГРМ. 1995. Т.37. № 2. С.105-121.

61. Маракушев А.А. Термодинамика систем геохимических минеральных фаций // Геохимия. 2000. № 12. С. 1251-1265.1. Л*

62. Маракушев А.А., Безмен Н.И. Эволюция метеоритного вещества, планет и магматических серий. М.:Наука, 1983. 185с.

63. Маракушев А.А. и др. Гетерогенная природа алмазоносных метаморфических комплексов Кокчетава (Казахстан) и Дабешаня (Китай) // Бюл. МОИП. Отд. Геол. 1998.• Т. 73. С. 3-9.

64. Маракушев А.А. и др. Минералогические признаки полифациальности алмазоносных пород. Минералогический журнал. 1998. № 6.

65. Маракушев А.А., Бобров А.В. Специфика кристаллизации эклогитовых магм в алмазоносной фации глубинности. ДАН, 1998, т. 358, №4, с.526-530.

66. Маракушев А.А., Бобров А.В. Проблемы первичных магм и глубины зарождения алмазоносного магматизма//Докл. РАН. 2005. Т. 403. №4. С.1-5.

67. Никитина Л.П. Согласованная система термометров и барометров для основных иультраосновных пород и реконструкция термальных режимов в мантии по ксенолитам в кимберлитах // Зап. ВМО. 1993. № 5. С. 6-19.

68. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. Москва, 1973.222с.

69. Палатник Л.С., Ландау А.И. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах. Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1961.405 с.

70. Пальянов Ю.Н., Сокол А.Г., Борздов Ю.М., Хохряков А.Ф., Соболев Н.В. Кристаллизация алмаза в системах СаСОЗ-С, MgC03-C и CaMg(C03)2-C // ДАН. 1998. Т. 363. №8. С.1156-1159.

71. Пальянов В.Ю., Борздов Ю.М., Овчинников И.Ю., Соболев Н.В. ЭкспериментальноеWисследование взаимодействия расплава пентландита с углеродом при мантийных РТ-ф параметрах: условия кристаллизации алмаза и графита // ДАН. 2003. Т. 392. №3. С. 388

72. Перчук A.Jl. (GEOPATH) Новый вариант омфацит-альбит-кварцевого барометра с учетом структурных состояний омфацита и альбита//ДАН СССР. 1992. Т. 316. С. 12861289.

73. Перчук А.Л., Филипо П. Зарождение субдукции: запись в эклогитах Юкона, Канада // ^ Петрология. 2000. Т. 8. № 1. С. 3-22.

74. Петрография. Часть III. Под ред. Маракушева А.А. Изд-во МГУ, 1986. 288с.

75. Пономаренко А.И., Специус З.В. Алмазоносные эклогиты из кимберлитовой трубки Сытыканская // Геология и геофизика. 1976. № 6. С. 103-106.

76. Симаков С.К. Физико-химические условия образования алмазоносных парагенезисов % эклогитов в породах верхней мантии и земной коры. Магадан: СВКНИИ ДВО РАН,2003. 187с.

77. Соболев B.C. Добрецов Н.Л. Соболев Н.В. Глубинные ксенолиты и верхняя мантия. Новосибирск. Наука, 1975. 272с.

78. Соболев B.C. и др. Включения в алмазе из алмазоносного эклогита // ДАН СССР. 1972. Т. 207. № 1.С. 164-166.

79. Соболев Н.В. Парагенетические типы гранатов. Москва: Наука, 1964. 220с.

80. Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхнеймантии. Новосибирск: Наука, 1974. 264с. (Перевод: Sobolev N.V. The Deep-Seated ■*rl Inclusions in Kimberlites and the Problem of the Composition of the Upper Mantle. American

81. Geophysical Union: Washington, 1977. 304 p).

82. Соболев Н.В. Минеральные парагенезисы природных алмазов.-В кн:Научные методы прогнозирования, поисков и оценки месторождений алмазов. Москва. ВИЭМС. 1980. С. 33-35.

83. Соболев Н.В. Парагенезисы алмаза и проблема глубинного минералообразования // Зап.ВМО. 1983. Ч. 112. Вып. 4. С. 389-397.

84. Соболев Н.В., Боткунов А.И., Лаврентьев Ю.Г., Усова Л.В. Новые данные о составе минералов, ассоциирующих с алмазами из кимберлитовой трубки «Мир» // Геология и геофизика. 1976. № 12. С. 3-15.

85. Соболев Н.В., Ефимова Э.С., Поспелова Л.Н. Самородное железо в алмазах Якутии и его парагенезис // Геология и геофизика. 1981. № 12. С. 25-29.

86. Соболев Н.В., Ефимова Э.С., Усова Л.В. Эклогитовый парагенезис алмазов кимберлитовой трубки «Мир». В сб.: Глубинные ксенолиты и проблема верхней мантии. Новосибирск. Наука. 1983.

87. Соболев Н.В., Ефимова Э.С., Реймерс Л.Ф. и др. Минеральные включения в алмазах Архангельской кимберлитовой провинции // Геология и геофизика. 1997. № 2. С. 358370.

88. Сокол А.Г., Пальянов Ю.Н., Борздов Ю.М. и др. Кристаллизация алмаза в расплаве К2С03// ДАН. 1998. Т.361. № 3. С. 388-391.

89. Сурков Н.В., Гартвич Ю.Г. Экспериментальное исследование фазовых равновесий в сечении пироп-гроссуляр при давлении 30 кбар // Петрология. 2000. Т. 8. № 1. С. 95107.

90. Томиленко А.А., Чепуров А.И., Туркин А.И., Шебалин А.П., Соболев Н.В. Флюидные влючения в кристаллах синтетического алмаза // Докл. РАН. 1997. Т. 353. № 2. С. 237240.

91. Удовкина Н.Г. Эклогиты СССР. М.: Наука, 1985. 285с.

92. Уханов А.В., Рябчиков А.В., Харькив А.Д. Литосферная мантия Якутской кимберлитовой провинции. М.: Наука, 1988.286с.

93. Фарафонтов В.И, Калашников Я.А. Механизм каталитического превращения графита в алмаз // Журнал физ. химии. 1976. Т. 50. № 4. С. 830-838.

94. Чепуров А.И. О роли сульфидных расплавов в процессе природного алмазообразования // Геология и геофизика. 1988. №8. С. 119-124.

95. Чепуров А.И., Пальянов Ю.Н., Хохряков А.Ф. Морфологический ряд октаэдр-ромбододекаэдр кристаллов синтетического алмаза // Сверхтвердые материалы. 1982. № 4. С.6-8.

96. Чепуров А.И., Сонин В.М. Кристаллизация углерода в силикатных системах при высоком давлении // Геология и геофизика. 1987. № 10. С.78-82.

97. Чепуров А.И., Фёдоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования. Новосибирск: НИЦ ОИГГМ СО РАН, 1997. 196с.

98. Чесноков Б.В. и др. Увеличение объема зерен кварца в эклогитах Южного Урала // ДАН СССР. 1965. Т. 162. С. 176-178.

99. Шацкий B.C., Соболев Н.В., Гильберт А.Э. Эклогиты Кокчетавского массива. В кн: Эклогиты и глаукофановые сланцы в складчатых областях. 1989. С.54-82.

100. Шацкий B.C. и др. Некоторые аспекты генезиса алмазов в метаморфических породах // ДАН. 1993. Т.331. № 2. С.217-219.

101. Шацкий B.C., Ягоутц Э., Козьменко О.А. Sm-Nd-датирование высокобарического метаморфизма максютовского комплекса (Южный Урал) // ДАН. 1997. Т.352, № 6, С.812-815.

102. Щацкий B.C., Зедгенизов Д.А., Рагозин A.J1. и др. Свидетельства метасоматического образования алмазов в ксенолите эклогита из кимберлитовой трубки Удачная (Якутия) // Докл. РАН. 2005. Т. 402. № 2 . С. 1-4.

103. Шестакова О.Е. Включения сульфидов, самородного железа и вюстита в алмазах из кимберлитов Якутии индикатор эволюции среды алмазообразования.- Дис. г.-м. н. Москва, 1996. 157с.

104. Ai Y. A revision of the garnet-clinopyroxene Fe2+-Mg exchange geothermometer // Contrib. Mineral.Petrol. 1994. V.l 15. P. 467-473.

105. Akaishi M., Kanda H., Yamaoka S. Synthesis of diamond from graphite-carbonate systems under very high temperature and pressure // J.Cryst. Growth. 1990. V. 104. P. 578-581.

106. Akaishi M., Kumar M.S.D., Kanda H., Yamaoka S. Formation process of diamond from supercritical H2O-CO2 fluid under high pressure and high temperature conditions // Diamond and Related Materials. 2000. V. 9. P. 1945-1950.

107. Akaishi M., YamaokaS.// J.Cryst.Growth. 2000. V. 209. P. 999-1003.

108. Appleyard C.M., Viljoen K.S., Dobbe R. A study of eclogitic diamonds and their inclusions from the Finch kimberlite pipe, South Africa // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

109. Arima N., Nakayama K., Akaishi M. et al. Crystallization of diamond from a silicate melt of kimberlite composition in high-pressure and high-temperature experiments // Geology. 1993. V.21.P. 968.

110. Arima M., Kozai Y., Akaishi M. Diamond nucleation and growth byreduction of carbonate melts under high-pressure and high-temperature conditions // Geology. 2002. V. 30. P. 691694.

111. Beard B.L., Fraracci K.N., Taylor L.A., Snyder G.A., Clayton R.A., Mayeda Т.К., Sobolev N.V. Petrography and geochemistry of eclogites from the Mir kimberlite, Yakutia, Russia // Contrib. Mineral.Petrol. 1996. V.125. P. 293-310.

112. Bell P.M., Davis B.T.C. Melting relations in the system jadeite-diopside at 30 and 40 kb // Amer. J. Sci. A. 1969. V. 267. P. № 1. 17-32.

113. Bostick B.C., Jones R.E, Ernst W.G., Chen C., Leech M.L.,Beane R.J. Low-temperature microdiamond aggregates in the Maksyutov Metamorphic Complex, South Ural Mountains, Russia// Amer. Mineral. 2003. V.88. P. 1709-1717.

114. Boyd F.R., England J.L. Experimentation at high pressures and temperatures // Carnegie Inst. Wash. Yearb. 1959. 58. P.82-89.

115. Brett R., Bell P.M. Melting relations in the Fe-rich portion of the system Fe-FeS at 30 kb pressure // Earth, Planet. Sci. Lett. 1969. V. 6. P. 479-482.

116. Bulanova G.P. The formation of diamond // J. Geochem. Explor. 1995. V. 53. P. 1-23.

117. Bulanova G.P., Griffin W.L., Ryan C.G. Nucleation environment of diamonds from Yakutian kimberlites // Mineral. Mag. 1998. V. 62. № 3. P. 409-419.

118. Chrenco P., McDonald R.S., Darrow K.A. Infra-red spectrum of diamond coat // Nature. 1967. V. 214. P. 474-476.

119. Coleman, R G., Lee, D. E., Beatty, L. В., Brannock, W. W. Eclogites and eclogites: Their differences and similarities // Bull. Geol. Soc. Am. 1965. V.76. P. 483-508.

120. Costa V.S., Gaspar J.C., Pimentel M.M. Peridotite and eclogite xenoliths from the Juina kimberlite province, Brazil // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

121. Davies R.M., Griffin W.L., O'Reilly S.Y., Doyle B.J. Geochemical characteristics of microdiamonds from kimberlites at Lac de Gras, Central Slave Craton // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

122. Davis B.T.C. The system diopside-forsterite-pyrope at 40 kbars // Carnegie Inst. Of Wash. Y.B. 1963. V. 62. P. 165-171.

123. De Corte K., Cartigny P., Shatsky V.S., Sobolev N.V., Javoy M. Evidence of fluid inclusions in metamorphic microdiamonds from the Kokchetav massif, northern Kazakhstan // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1998. V. 23/24. P. 3765-3773.

124. Deines P., Harris J.W. Sulfide inclusion chemistryand carbon isotopes of African diamonds // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 3173-3188.

125. Desborough G.A., Gramanske G.K. Sulfides in eclogite nodules from a kimberlite pipe, South Africa: with comments on violarite stoichiometry // Amer. Mineral. 1973. V. 58. P. 195-202.

126. Djuraev A.D., Divaev F.K. Mineral Deposits: Processes to Processing. Rotterdam: Balkena, 1999. P. 639-642.

127. Dobrzhinetskaya L.F., Green H.W., Mitchell Т.Е., Dickerson R.M. Metamorphic diamonds: mechanism of growth and inclusion of oxides // Geology. 2001. V. 29. P. 263-269.

128. Dobrzhinetskaya L.F., Renfro A.P., Green H. W. Synthesis of skeletal diamonds: Implications for microdiamond formation in orogenic belts // Geology. 2004. V. 32. P. 869-872.

129. Ellis D.J., Green D.H. An experimental study of effect of Ca upon the garnet-clinopyroxene Fe-Mg exchange equilibria// Contrib. Mineral.Petrol. 1979. V.71. P. 13-22.

130. Escola P. On the Eclogites of Norway. Krist. Videnskapsselskapets-Skritfer // J. Math.-Naturw.1921. № 10. P. 1-118.

131. Escola P. Die metamorphen Gestein // J.Die Enstehung der Gesteine. Berlin. 1939.

132. Essene E.J., Hensen B.J., Green D.H. Experinental study of amphibolite and eclogite stability// Phys. Earth. Planet. Inter. 1970. № 3.

133. GEOPATH: Perchuk L.L. Derivation of thermodynamically consistent system of geothermometers and geobarometers for metamorphic and magmatic rocks.- Progress in metamorphic and magmatic petrology. Cambridge University Press. 1990. P. 93-112.

134. Green D.H., Ringwood A.E. An experimental investigation of the gabbro to eclogite transformation and its petrological applications // Geoch.Cosm. Acta. 1967. V. 31.

135. Gupta A., Yagi K. Experimental study on two picrites with reference to the genesis of kimberlite // 2nd Intern. Kimberlite Conf.: Extended Abstr. 1977. P. 339-343.

136. Harris J.W., Gurney J.J. Inclusions in diamond // The properties of diamond. N.Y. 1979. P. 554-591.

137. Haggerty S.E. The chemistry and genesis of opague minerals in kimberlites // Phys. Chem. Earth. 1975. V. 9. P. 295-308.

138. Haggerty S.E. Diamond genesis in a multiply-constrained model // Nature. 1986. Vol. 320. № 6. P. 34-38.

139. Hetzel, H.P. Echtler, W. Seifert, B. A. Schulter, K. S. Ivanov. Subduction- and exhumation-related fabrics in the Paleozoic high-pressure-low-temperature Maksyutov Complex // GSA Bulletin. 1998. V.110. № 7. P. 916-930.

140. Irifune Т., Ohtani E. et al. Stability field of knorringite Mg3Cr2Si30i2 at high pressure and its implication of the occurrence of Cr-rich pyrope in the upper mantle // Phys. Eath Planet. Inter. 1986. V. 27. P. 263-272.

141. Izraeli E., Schrauder M., Navon О. VII Intern. Kimberlite Conf. Extended Abstr. Cape Town, 1998. P. 352-354.

142. Izraeli E.S., Harris J.H., Navon O. Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. V. 187. P. 323-332.

143. Izraeli E.S., Harris J.W., Navon O. Mineral inclusions in cloudy diamonds from Koffiefontein, South Africa // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

144. Katayama I., Parkinson C.D., Okamoto K., Nakajima Y. and Maruyama S. Supersilicic clinopyroxene and silica exsolution in UHPM eclogite and pelitic gneiss from the Kokchetav Massif, Kazkhstan // Amer. Mineral. 2000. V. 85. P. 1368-1374.

145. Kennedy C.S., Kennedy G.C. The equilibrium boundary between graphite and diamond // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. № 14. P. 2467-2470.

146. Kennedy G.C. Polymorphism in the feldspars at high temperatures and pressures// Bull. Geol. Soc.Am. 1956. V. 67. P. 1711-1712.

147. Kennedy G.C. Phase relations of some rocks and minerals at high temperatures and high pressures // Advances in Geophys. 1961. V. 7. P. 303-322.

148. Klein-BenDavid O., Logvinova A.M., Izraeli E.S., Sobolev N.V., Navon O. Sulfide melt incluzionsin Yubileinayan (Yakutia) diamonds // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003. P. 111.

149. Kogarko L.N., Henderson C.M.B., Pacheco H. Primary Ca-rich carbonatite magma and carbonate silicate - sulphide liquid immiscibility in the upper mantle // Contrib. Mineral. Petrol. 1995. V. 121. P. 267-274.

150. Korsakov A.V., Shatsky V.S., Sobolev N.V., Zayachokovsky A.A. Garnet-biotite-clinozoisite gneiss: a new type of diamondiferous metamorphic rock from the Kokchetav Massif // Eur. J. Mineral. 2002. V. 14. P. 915-928.

151. Krogh E.J.K. The garnet-clinopyroxene Fe-Mg geothermometer a reinterpretation of existing experimental data // Contrib. Mineral.Petrol. 1988. V.99. P. 44-48.

152. Kushiro I., Yoder H.S. Anortite-forsterite and anortite-enstatite reactions and their bearing on the basalt-eclogite transformation // J. Petrol. 1966. V. 7. № 3. P. 36-37.

153. Leech Mary L. and Ernst W.G. Graphite pseudomorphs after diamond? A carbon isotope and spectroscopic study of graphite cuboid from the Maksyutov Complex, south Ural Mountains // Russia. CCA. 1998. V. 62. N. 12. P. 2143-2154.

154. Logvinova A.M., Klein BenDavid O., Izraeli E.S., Navon O., Sbolev N.V. Microincluzions in fibrous diamonds from Yubileinaya kimberlite pipe (Yakutia) // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

155. Maaloe S., Wyllie P. The join grossularite-pyrope at 30 kb and its penological significance // Amer. J. Sci. 1979. Vol.279. P. 288-301.

156. McCandless Т.Е., Gurney J.J. Sodium in garnet and potassium in clinopyroxene: criteria for classifying mantle eclogites // Geol. Soc. Austr. Spec. Publ. 1986. V. 14. P. 827-832.

157. McCandless, Т.Е., Gurney, J.J., 1997. Diamond eclogites: comparison with carbonaceous chondrites, carbonaceous shales and microbial the lower mantle // Science. V. 278. P. 434436.

158. MacGregor I.D., Carter J.L. The chemistry of clinopyroxene and garnets of eclogite and peridotite xenoliths from the Roberts Victor mine, South Africa // Phys Earth Planet Inter. 1970. V3. P. 391-397.

159. MacGregor I.D., Manton W.I. Roberts Victor eclogites: ancient oceanic crust // J. Geophys. Res. 1986. V. 91. P. 14063-14079.

160. Marakushev A.A., Bobrov A.V., Butvina V.G., Sang Longkang and Liu Rong. Petrology of the Maksyutov Eclogite Blueschitst Complex, Southern Urals // Continental Dynamics, December 2001. V. 6. № 2. P. 9-16.

161. Marx P.C. Pyrrhotine and the origin of terrestrial diamonds // Mineral. Mag. 1965. V. 38. P. 636-638.

162. Mattey D., Lowry D., Macpherson C. Oxygen isotope composition of mantle peridotite // Earth Planet. Sci. Lett. 1994. V. 128. P. 231-241.

163. Melton C.E., Giardini A.A. // Amer.Miner. 1974. V. 59. P. 775-782.

164. Meyer H.O.A. et al. Sulflde-oxide minerals in eclogite from Stockdale kimberlite, Kansas // Contrib. Mineral. Petrol. 1975. V. 52. P. 57-68.

165. Meyer H.O.A. Genesis of diamond: a mantle saga // Amer. Miner. 1985. V. 70. P. 344-355.

166. Meyer H.O.A., Boyd F.R. Composition and origin of crystalline inclusions in natural diamonds // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1972. V. 36. P. 1255-1274.

167. Meyer H.O.A., Giibelin E. Ruby in diamond // Gemmology. 1981. № 3. P. 153-156.

168. Misra K.C., Anand M., Taylor L.A., Sobolev N.V. Multi-stage metasomatism of diamondiferous eclogite xenoliths from the Udachnaya kimberlite pipe, Yakutia, Siberia // Contrib. Mineral. Petrol. 2004. V. 146. P. 696-714.

169. Navon O. //Nature. 1991. V. 353. P. 746-748.

170. Navon O. Diamond formation in the Earth's mantle // VII Internat. Kimberlite conf. Cape Town: Red Roof Design, 1999. P. 584-604.

171. Navon O., Hutcheon I.D., Rossman G.R., Wasserburg G.J. Mantle-derived fluids in diamond micro-inclusions. Nature. 1988. V. 335. P. 784-789.

172. Navon О., Izraeli E.S., Klein-BenDavid О. Fluid inclusions in diamonds the carbonatitic connection // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

173. Nikiforova A., Bobrov A., Spetsius V. Garnet-clinopyroxene assemblage of mantle rocks from the Obnazhennaya kimberlite pipe (Yakutia) // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

174. O'Hara M.J., Yoder H.S. Formation and fractionation of basic magmas at high pressures // Scott.J.Geol. 1967. V. 3. №1. P. 67-117.

175. Pal'yanov Yu., Borzdov Yu., Kupriyanov I., Gusev V., Khokhryakov A., Sokol A. High-pressura synthesis and characterization of diamond from a sulfur-carbon system // Diamond and Related Materials. 2001. V. 10. P. 2145-2152.

176. Pal'yanov Yu.N., Sokol A.G., Borzdov Yu.M., Khokhryakov A.F. Fluid-bearing alkaline carbonate melts as the medium for the formation of diamonds in the Earth's mantle: an experimental study // Lithos. 2002A. V.60. P. 145-159.

177. Pal'yanov Yu.N., Sokol A.G., Borzdov Yu.M., Khokhryakov A.F., Sobolev N.V. Diamond formation through carbonate-silicate interaction // Amer. Mineral. 2002В. V. 87. N 7. P. 10091013.

178. Pattison D.R.M., Newton R.C. Reversed experimental calibration of the garnet-clinopyroxene Fe-Mg exchange thermometer// Contrib. Mineral.Petrol. 1989. V.101. P. 87-103.

179. Pearson D.G., Shirey S.B., Harris J.W., Carlson R.W. Sulfide inclusions in diamonds from the Koffiefontein kimberlite, S. Africa: constraints on diamond ages and mantle Re-Os systematics // Earth Planet. Sci. Lett. 1998. V. 160. P. 311-326.

180. Prinz M., Manson D.V., Hlava P.F., Keil K. Inclusions in diamonds: garnet lherzolite and eclogite assemblages // Phys. Chem. Earth. 1975. V. 9. P. 797-815.

181. Promprated P., Taylor L., Floss Ch., Malkovetsk V., Anand M., Griffin W., Pokhilenko N. Sobolev N. Diamond inclusions from Snap Lake, NWT Canada // 8th Intern. Kimberlite Conf. Long Abstract. 2003.

182. Ravna E.J.K. The garnet-clinopyroxene geothermometer: an updated calibration // J. Metamorph. Geol. 2000. V. 18. P. 211 -219.

183. Rickwood P.C. On recasting analyses of garnet into endmember molecules // Contrib. Mineral. Petrol. 1968. V. 18. P. 175-198.

184. Rickwood P. С., Mathias M. Diamondiferous eclogite xenoliths in kimberlite I I Lithos. 1970. Vol. 3. P. 223-235.

185. Sato K., Katsura T. Sulfur: a new solvent-catalyst for diamond synthesis under high-pressure and high-temperature conditions // Journal of Crystal Growth. 2001. V. 223. № 1-2. P. 189194.

186. Schertl H.-P., Neuser R.D., Sobolev N.V., Shatsky V.S. UHP-metamorphic rocks from Dora Maira/Western Alps and Kokchetav/Kazakhstan: New insights using cathodoluminescence petrography // Eur.J.Mineral. 2004. V. 16. P. 49-57.

187. Schrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana// Geochim. et cosmochim. Acta. 1994. V. 58. № 2. P. 761-771.

188. Sekine Т., Wyllie P.J. Phase relations in the join grossularite-pyrope-7.5 percent H2O at 30 kb // Amer. J. Sci. 1983. V. 283. № 5. P. 435-453.

189. Sobolev N.V. Deep-seated inclusions in kimberlites and the problem of the composition of the upper mantle. American Geophys. Union. Washington, DC. 1977. 279p.

190. Sobolev N.V. Crystalline inclusions in diamonds from New South Wales, Australia // Publication of Geology Department, Universityof West Australia, 1984. V. 8. P. 213-219.

191. Sobolev N.V., Shatsky V.S. Diamond inclusions in garnets from metamorphic rocks: a new environment for diamond formation // Nature. 1990. V. 343. № 6260. P. 742-746.

192. Sobolev N.V., Kaminsky F.V., Griffin W.L., Efimova E.S., Win T.T., Ryan C.G., Botkunov A.I. Mineral inclusions in diamonds from the Sputnik kimberlite pipe, Yakutia// Lithos. 1997. V.39. P.135-137.

193. Sokol A.G., Pal'yanov Yu.N., Pal'yanova G.A., Khokhryakov A.F., Borzdov Yu.M. Diamond and graphite crystallization from C-O-H fluids // Diamond and Related Materials. 2001. V. 10 P.2131-2136.

194. Spetsius Z.V. Two generation of diamonds in the eclogite xenoliths // VII Intern. Kimberlite conf. Cape Town: Red Roof Design, 1999. P. 823-828.

195. Spetsius Z.V., Taylor L.A. Partial melting in mantle eclogite xenoliths: clues to micro-diamond genesis // Int. Geol. Rev. 2002. V. 44. P. 973-987.

196. Switzer G., Melson W.G. Partially melted kyanite eclogite from the Roberts Victor Mine South Africa // Smiths. Contrib. Earth's Sci. 1969. V. 1. P. 9.

197. Taniguchi Т., Dobson D., Jones A.P., Rabe R., Milledge H.J. Synthesis of cubic diamond in the graphite-magnesium carbonate and graphite-K2Mg(C03)2 systems at high pressure of 9-10 GPa region // J. Mater. Res. 1996. V. 11. P. 2622-2632.

198. Taylor L.A., Snyder G.A., Crozaz G., Sobolev V.N., Yefimova E.S., Sobole N.V. Eclogitic inclusions in diamonds: Evidence of complex mantle processes over time // Earth and Planet. Sci. Lett. 1996. V. 142. P. 535-551.

199. Taylor A., Anand M. Diamonds: time capsules from the Siberian Mantle // Chemie der Erde. 2004. V. 64. P. 1-74.

200. TWQ: Berman R.G. Mixing properties of Ca-Mg-Fe-Mn garnets // The American Mineralogist. 1990. V. 75. P. 328-344.

201. TWQ: Berman R.G. and Koziol A.M. Ternary excess properties of grossular pyrope -almandine garnets and their influence in geothermobarometry // Amer. Mineral. 1991. V. 76. P. 1223-1231.

202. TWQ: Berman R.G., Aranovich L.Ya., Pattison D.R.M. Reassessment of the garnet-clinopyroxene Fe-Mg exchange thermometer: II. Thermodynamic analysis // Contrib. Mineral.Petrol. 1995. V.119. P. 30-42.

203. Usselman T.M. Experimental approach to the state of the core: part 1. The liquidus relations of the Fe-rich portion of the Fe-Bi-S system from 30 to 100 kb // Amer. J. Sei. 1975. V. 275. P. 278-290.

204. Wang A., Pasteris J.D., Meyer H.O.A., Dele-Duboi M.L. Magnesite-bearing inclusion assemblage in natural diamond // Earth Planet. Sci. Lett. 1996. V. 141. P. 293-306.

205. Wang Y., Kanda H. // Diamond and Related Materials. 1998. V.7. P. 57-63.

206. Wentorf R.H. Solutions of carbon at high pressure // Ber. Der Bunsengesells. 1966. V. 70. № 9-10. P. 975-982.

207. Wentorf R.H., Bovenkerk H.P. On the origin of natural diamonds // Astrophys. J. 1961. V. 134. № 995. P. 20.

208. Xu S.T., Okay A.I., Shouyuan J. Diamond from the Dabie Shan metamorphic rocks and its implication for tectonic setting. Sience, 1992.

209. Yoder H.S., Tilley C.E. Origin of basalt magmas: an experimental study of natural and synthetic rock system // J. Petrology. 1962. V. 3. P. 342-532.

Информация о работе

Бутвина, Валентина Григорьевна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.04

Диссертация

Экспериментальные исследования фазовых равновесий и алмазообразования в эклогит-карбонат-сульфидных системах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы