Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Комплекс ксенолитов пироксенитов из кимберлитов различных регионов Сибирской платформы

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Комплекс ксенолитов пироксенитов из кимберлитов различных регионов Сибирской платформы"

; На правах рукописи

■"V

(

КУЛИГИН Сергей Семенович

КОМПЛЕКС КСЕНОЛИТОВ ПИРОКСЕНИТОВ ИЗ КИМБЕРЛИТОВ РАЗЛИЧНЫХ РЕГИОНОВ СИБИРСКОЙ

ПЛАТФОРМЫ

04.00.20 - минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

НОВОСИБИРСК 1997

Работа выполнена в Институте минералогии и петрографии Сибирского отделения Российской Академии наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических

наук Н.П.Похиленко

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук Г.Ю.Шведенков

кандидат геолого-минералогических

наук М. А. Вавилов

Оппонирующая организация: Якутское научно-

исследовательское геологоразведочное предприятие (ЯНИГП) ЦНИГРИ (г. Мирный)

Защита состоится «-£> » декабря 1997 г. в /о час. на заседании диссертационного совета К 200.16.01 в Институте минералогии и петрографии СО РАН, в конференц-зале.

Адрес: 630090, Новосибирск 90, Университетский пр-т, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГТМ СО

РАН.

Автореферат разослан « _£_ » хо^^-л 1997г.

Ученый секретарь диссертационно!

К.Г.-М.Н.

В.Э.Дистанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Особое внимание петрологов к глубинным ксенолитам из кимберлитов определяется прежде всего тем, что они являются единственным прямым источником сведений о составе и строении верхней мантии древних платформ. Изучение закономерностей размещения ксенолитов и ксенокристов различных типов мантийных парагенезисов в кимберлитах в зависимости от геологической позиции и времени проявления последних весьма актуально для познания характера дифференциации мантийного вещества и процессов минералообразо-вания в условиях верхней мантии, а также для создания объективных моделей строения и эволюции литосферной мантии древних платформ.

Настоящая работа посвящена изучению комплекса глубинных ксенолитов пироксенигового парагенезиса из кимберлитовых трубок Удачная, Мир, Обнаженная, а также ряда трубок Харамайского поля (тр.Базовая-2, тр.Базовая-3, тр.Билях-3, тр.Эвенкийская и др.). Несмотря на то, что доля пироксенитов в общем комплексе ксеногенного глубинного материала обычно невелика, на протяжении последних десятилетий именно по этим кимберлитовым телам был накоплен богатейший материал по глубинным ксенолитам (в том числе и пироксенитов) и в настоящее время все чаще возникает необходимость в его обобщении. Кроме того, учитывая актуальность проблемы латеральной неоднородности мантийных горизонтов, нам представлялось интересным сравнить положение тех или иных разновидностей пироксенитов из кимберлитов различных частей платформы. В то же время, наличие среди ксенолитов трубок Мир и Удачная алмаз содержащих пироксенитов (Пономаренко и др., 1980; Пономаренко, Цепин, 1987) свидетельствует об их распространенности в разрезе мантии до глубин устойчивости алмаза и ставит их в один ряд с алмазоносными перидотитами и эклогитами, изучение которых весьма актуально при решении ряда практических вопросов по повышению эффективности поисков алмазов и выявлению новых критериев алмазоносности.

Цель работы. Выяснить положение различных типов пироксе-нитовых пород в вертикальных разрезах различных частей верхней мантии Сибирской платформы и, таким образом, сделать еще один шаг к созданию объективной модели строения и общей эволюции глубинных зон литосферы древних платформ.

Для достижения этой цели было необходимо решить следующие основные задачи: 1. Выполнить комплексное минералогическое и петрографическое изучение ксенолитов пироксенитов из кимберлитов центральной и окраинной частей Сибирской платформы. 2. Определить Р-Т параметры их образования и, таким образом, получить информацию об их месте в вертикальном разрезе верхней мантии. 3. Провести сравнительный анализ результатов изучения комплекса ксенолитов пироксенитов для кимберлитовых трубок: а) центральной и периферийной частей Сибирской платформы; б) для трубок с различным возрастом внедрения; в) для трубок с различной степенью алмазоносности. 4. Изучить распределение составов магнезиальных фанатов в концентратах кимберлитов изученных трубок с целью количественной оценки доли гранатов из дезинтегрированных пироксенитов в общем комплексе ксенокри-стов этих трубок.

Методы и объемы исследования. Коллекция ксенолитов пироксенитов была собрана автором в период с 1985 по 1992 гг. совместно с сотрудниками Института минералогии и петрографии СО РАН Похи-ленко Н.П., Родионовым A.C., Амшинским А.Н. и Малыгиной E.H. Часть материалов (по трубке Обнаженная) была любезно предоставлена автору сотрудником лаборатории минералов высоких давлений Овчинниковым Ю.И.

В целом из коллекции глубинных ксенолитов (объемом в несколько тысяч образцов) были отобраны около 100 нодулей пироксени-тового парагенезиса. Отобранные ксенолиты подверглись детальному петрографическому изучению с использованием обычных оптических методов. Для этого было изготовлено более ста шлифов, аншлифов и пластинок. Изучение состава минералов пироксенитов было проведено в лаборатории электронного микрозондирования и электронной микроскопии ОИГГиМ СО РАН, где при участии автора выполнено более 250 полных и около 200 частичных анализов. Кроме того, методом рентге-нофлюоресцентного анализа был изучен состав 23 ксенолитов наиболее свежих пироксенитов.

Научная новизна: 1. Впервые проведен анализ распределения ксенолитов пироксенитов в трубках различного возраста и различного тектонического положения в пределах Сибирской платформы. 2. Проведена оценка распространения ксенолитов пироксенитов различных типов в разрезе литосферы центральной и периферийной частей Сибир-

ской платформы. 3. Проведен сравнительный анализ состава основных породообразующих минералов из различных петролого-минералогических типов пироксенитов с соответствующими минералами из пород перидотитового и эклогитового состава.

Основные защищаемые положения: 1. Гранатовые пироксенигы представлены на всем интервале вертикального разреза яитосферной мантии центральных частей Сибирской платформы - от уровня развития шпинелевых перидотитов в верхней его части до уровня алмаз-пироповых перидотитов - в нижней, что указывает на особо глубинный характер их материнских расплавов.

2.Основным отличием гранатовых пироксеннгов из кимберлитов центральной и окраинной частей Сибирской платформы является отсутствие в составе последних наиболее глубинных разновидностей, отвечающих по своим Р-Т параметрам равновесия условиям алмаз-пироповой фации глубинности.

3. Хромсодержагцие гранаты пиро ксешгговых парагенезисов имеют более сильную прямую зависимость для содержаний Сг20з и СаО в сравнении с таковой для хромсодержащих гранатов лерцолиггового парагенезиса, что выражается в четких различиях положений их трендов в координатах Cr2Oj - СаО.

4. Общее количество гранатовых пироксенитов в разрезе яитосферной мантии северной окраины Сибирской платформы существенно выше в сравнении с ее центральными районами.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения общим объемом 190 страниц. В целом работа включает 61 рисунок, 20 таблиц, список литературы из 180 наименований и приложения объемом 16 страниц.

Автор хотел бы выразил» искреннюю признательность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук Н.П.Похиленко за постоянное внимание и неподдельный интерес к работе, а также особо поблагодарить сотрудников Института Л.В.Черемных, Т.М.Блинчик, Л. А. Филиппову, Л.Ф. Реймерс, Т.С.Красову, Е.В.Малыгину, А.М. Логвинову, М.К.Кочкину и Т.Л.Шварцман за неоценимую помощь при оформлении работы и обсуждении полученных результатов.

Глава 1. Проблема происхождения ксенолитов мантийных пирок-сеыитов в кимберлитах

Детальный анализ литературного материала свидетельствует о неоднозначности отношения различных исследователей к породам пи-роксенигового парагенезиса. Чаще всего исследуемую группу пород (вернее, больного ее часть) рассматривали, объединяя с породами ультраосновного состава. С другой стороны, некоторые гранатсодержащие пироксениты, исходя из близости минералогического и химического состава пород, причисляли к эклогитам, различая при этом среди мантийных ксенолитов лишь породы эклогитовой и первдотит-пироксенитовой серии. Вместе с тем, отдельные работы, посвященные исключительно хшроксенитам, носят преимущественно петрографический, описательный характер и практически не несут информации о составе основных породообразующих минералов.

В последнее время в работах, посвященных исследованию глубинных пород, все чаще пироксениты выделяются в самостоятельную группу, однако до сих пор выявляются значительные разногласия при сравнении имеющихся классификации. Это связано с целым радом причин: во-первых, с непредставительным характером выборок пироксени-товых пород, во-вторых, до сих пор нет четких критериев, отделяющих породы пироксенитового парагенезиса от эклогитов и перидотитов, в-третьих, причиной разногласий может являться «гибридный» характер пород пироксениговой серии, несущих в своем составе черты как пери-дотитовых (ультраосновных), так и эклогитовых (основных) пород.

Кроме перечисленных выше проблем, к настоящему времени не решен вопрос о том, в каком виде и в каких количествах породы пироксенитового состава представлены в литосфере. Здесь уместно упомянуть о жилах гранатовых пироксенитов в телах шпннелевых перидотитов (например, в массиве Лерц в предгорьях Пиринеев). С другой стороны, под некоторыми кимберлитовыми полями пироксениты (судя по большому количеству их ксенолитов) представлены прослоями или линзами существенной мощности.

Актуальным является также проведения оценки глубинности тех или иных разновидностей исследуемых пород, среди которых отмечаются как малоглубинные разности (шпинелевые пироксениты), так и породы, относящиеся к алмаз-пироповой фации глубинности.

Исходя из вышеизложенного, на наш взгляд, возникла необходимость в обобщении и всестороннем исследовании данных, накопленных по ксенолитам пироксенитовых пород в кимберлитах, проведении их сравнительного анализа с данными по породам перидотитового и эклогитового состава, а также оценки характера распределения пироксенитовых пород в вертикальном разрезе лигосферной мантии различных областей Сибирской платформы, что и составляет основные задачи настоящей работы.

Глава 2. Геологическое описание районов кимберлитового магматизма Сибирской платформы

Все кимберлитовые тела, глубинные ксенолиты из которых послужили материалом для настоящей работы, сосредоточены на территории Сибирской платформы в пределах Далдыно-Алакитского (трубки Удачная), Мало-Ботуобинского (трубка Мир), Нижне-Оленекского (трубка Обнаженная) и Верхне-Оленекского (Харамайское поле) ким-берлиговых районов. Два первых района расположены в центральной части Сибирской платформы, Нижне-Оленекский район находится в пределах ее северо-восточной , а Верхне-Оленекский район - в северозападной части.

Если трубки Мало-Ботуобинского и Далдыно-Алакитского районов имеют палеозойский возраст, то кимберлиты окраинных районов Сибирской платформы представляют собой в основном более молодые мезозойские образования. Так, возраст трубки Обнаженная определяется как позднеюрский-раннемеловой, а возраст кимберлитов Харамай-ского поля - верхняя пермь-триасовый.

Далдыно-Алакитский район кимберлитового магматизма находится на северо-восточной окраине Тунгусской синеклизы, граничащей на севере с южным склоном Анабарского массива и приурочен к Ви-люйско-Тунгусской зоне разломов.

Куойкское кимберлитовое поле расположено в Нижне-Оленекском районе. В геологическом отношении Куойкское поле представляет собой западный склон Оленекского сводового поднятия, возникшего на месте ответвления Верхоянского прогиба.

Мало-Ботуобинский кимберлитовый район расположен в центральной части Сибирской платформы (бассейн р.Малая Ботуобия). В геологическом плане - это стык двух крупных разновозрастных структур

верхнепалеозойской Тунгусской синеклизы и мезозойской Вилюйской впадины, что определило неоднородность и сложность геологического строения этой территории.

. Верхне-Оленекский район расположен в полосе сопряжения Анабарской антеклизы с Тунгусской синеклизой. Харамайское кимбер-литовое поле охватывает северо-западную часть района и расположено в междуречье р.Мойеро и р.Котуй.

Глава 3. Петрографическая характеристика глубинных ксенолитов пироксенитового состава

По нашему мнению, в основе классификации мантийных пород должны лежать минеральные парагенезисы. В то же время, их структурно-текстурные особенности, валовый химический состав и модальное соотношение минералов безусловно должно учитываться, однако эти факторы будут иметь второстепенное значение. Таким образом, в группу пироксенитов мы не относим оливинсодержащие разновидности глубинных пород, описанные в качестве таковых некоторыми исследователями.

Во многом небесспорно и неоднозначно разделение между гранатовыми пироксенигами и эклопггами. До сих пор нет четких критериев, разделяющих эти два типа глубинных пород. Среди безоливиновых гранатсодержащих пород мантийного генезиса мы относим к пироксе-нитам все энстатитсодержащие разновидности, а также некоторые би-минеральные гранат-клинопироксеновые породы, минералы которых, во-первых, низкожелезисты, во-вторых, содержат повышенную примесь хрома (не ниже 0,35-0,4 мас.% Сг20з)

Описываемые породы пироксенитовой ассоциации состоят из различных соотношений магнезиального ортопироксена, хромдиопсида, граната, флогопита, хромшпинелида, а также продуктов их изменений. Кроме того, среди акцессорных минералов в них отмечаются сульфиды, рутил, ильменит и алмаз. Наличие или отсутствие в составе породы граната как фактора фациальной глубинности, позволяет нам разделить всю коллекцию на две группы: менее глубинную - безгранатовую и глубинную - гранатсодержагцую.

Среди безгранатовых разностей в нашей коллекции доминирует груша магнезиальных ортопироксенитов и вебстеригов с повышенным содержанием энстатита. Ксенолиты данной группы состоят преимуще-

ственно из крупных (до 2 см) идиоморфных таблитчатой формы кристаллов бутылочно-зеленого энстатита (до 99 % породы), между которыми располагаются значительно более мелкие ярко-зеленые зерна хромдиопсида, хромшпинелида и, обычно, флогопита. Химический состав данной группы пород отличается простотой и незначительными колебаниями составляющих его компонентов: содержание А120з составляет 2.36-4.74 мас.%, а БеО около 6-7 мас.%.

Следующей разновидностью безгранатовых пироксенитов являются собственно вебстеригы. Это средне- крупнозернистые породы панидиоморфнозернистой структуры, сложенные на 50-70% желтовато-зеленым ортопироксеном и на 30-50% темно-зеленым клинопироксе-ном. Из первичных минералов здесь встречены единичные зерна флогопита и хромшпинелида. Их химический состав не постоянен, что связано с колебаниями доли клинопироксена в породе.

Таблица!

Кимберлитовая трубка % Основные минералого-петрографические типы пироксенитов

Удачная 31 магнезиальные ортопироксениты и вебстеригы

17 магнезиально-железистые вебстериты

17 хромистые клинопироксенигы

13 малохромистые клинопироксенигы

Мир 57 ортопироксениты

19 вебстериты

19 клинопироксенигы

Обнаженная 61 магнезиальные ортопироксениты и вебстериты

23 магнезиально-железистые вебстеригы

Высокоглиноземистые вебстеригы - это крупнозернистые породы мозаичной структуры, состоящие из темно-зеленого клинопироксена (до 60 %), желтовато-серого ортопироксена и единичных зерен высокоглиноземистой шпинели. К особенностям химического состава этих пород необходимо отнести повышенную (по сравнению с другими безгранатовыми разностями) глиноземистость (А1203 6.5 мас.% ) и кальцие-вость (СаО 16.8 мас%).

Основные минерально-петрографические типы гранатовых пироксенитов из кимберлитовых трубок Удачная, Мир и Обнаженная

представлены в таблице 1. Одни и те же группы, выделенные из ксенолитов гранатовых пироксенитов для различных кимберлитовых тел, очень схожи между собой по петрографическому облику. Поэтому мы остановимся лишь на кратком описании основных типов пироксенитов из тр.Удачная.

Для тр. Удачная наиболее многочисленна группа магнезиальных оргопироксенитов и вебстеритов, которая отличается от безгранатовых ортопироксенитов лишь наличием граната (от 2-3 до 7-10 об.%) и отсутствием хромшпинелида и флогопита.

Магнезиально-железнстые вебстеригы - это равномернозерни-стые породы с крупными субвдиоморфными зернами граната, орго- и клинопироксенов. В качестве акцессорного минерала присутствует рутил. Состав их отличает повышенная железистость (до 19% РеО) и низкое содержание Сг20з.

Группу пироксенитов с пониженным содержанием ортопирок-сена можно разбить на две подгруппы: 1. Хромистые клинопироксениты и вебстериты и 2. Малохромистые клинопироксениты. Для обеих подгрупп характерно, с одной стороны, низкое содержание (или отсутствие) ортопироксена, с другой - высокая доля граната, составляющая от 30 до 70 об.%. В структурном плане это крупнозернистые транат-клинопироксеновые породы с мозаичной структурой, иногда с пойкили-товыми включениями граната в клинопироксене.

Глава 4. Минералогия глубинных ксенолитов пироксенитового состава

4.1. В целом, составов клинопироксенов из пироксеновых па-рагенезисов описывается вариациями жадеитового, юриитового, эгери-нового и чермакитового миналов в твердом растворе диопсид-геденбергитового ряда.

Близость петрографического облика группы безгранатовых пироксенитов и гранатсодержащих магнезиальных ортопироксенитов определяет, по всей видимости, и схожесть составов клинопироксенов из этих двух групп из тр.Удачная. Это выражается в сходных средних значениях и близости интервалов колебания основных слагающих их окислов: А1203(2,54-5,6 мас.%), Сг203 (0,8-1,7 мас.%), №20 (1,2-2,3 мас.%). Однако имеется и ряд существенных различий. Так, наряду с более высокой железистостью клинопироксенов из безгранатовых пироксенитов

(5,5% и 7%), для них характерен более существенный избыток трехвалентных катионов (А1+Сг) над содержанием Na, что говорит о большей роли в их составе чермакитового минала, где часть А1 выступает в четверной координации (R2+Alr/Si06).

Для клинопироксенов из гранатовых клинопироксенитов, как хромистых, так и малохромистых, характерна обратная картина, т.е., с одной стороны, весь А1 выступает в VI координации, что говорит о высокобарическом характере клинопироксенов из этих парагенезисов и, с другой стороны, иногда имеет место избыток Na над суммой Сг и AI, что связано, по-видимому, с наличием в таких составах эгиринового минала.

Составы клинопироксенов из гранатовых пироксенитов тр.Мир аналогичны (с небольшими вариациями) таковым из тр.Удачная, однако минимальные значения чермакитового минала здесь характерны для всех типов пироксенитов.

Существенно иные вариации составов клинопироксенов имеют место в пироксенитах из ряда северных кимберлитовых тел. Так, при значительном увеличении желез истости клинопироксенов в пироксенитах тр.Обнаженная от магнезиальной к магнезиально-железистой разности (с 5.4 до 10.42%), происходит и заметное увеличение в их составе доли Na20 с 2.9 мас.% до 4.05 мас.% (табл.6). В то же время, при близких (однако значительно более высоких в сравнении с пироксенитами из трубок Удачной и Мир) средних значениях глиноземистости (6.11 и 6.86 мас.%) в клинопироксенах из более натриевой магнезиально-железистой подгруппы наблюдается больший избыток суммы трехвалентных катионов (А1+Сг) над количеством Na.

В двух ксенолитах клинопироксенитов трубки Удачная в составе клинопироксенов была зафиксирована заметная примесь К20, составляющая 0,3 и 0,5 мас.%. Согласно эксперементальным данным (Shimizu, 1971; Дорошев и др., 1992; Hailow, 1992), клинопироксены с подобным содержанием калия могли образоваться только при сверхвысоких давлениях (не ниже 50 кбар). Это позволяет относить породы с подобным клинопироксеном к алмаз-пироповой фации глубинности и использовать их в комплексе минералогических критериев алмазонос-носга кимберлитов (Соболев, 1971; 1974).

4.2. Ортоппроксен. По своему составу ортопироксены из пироксенитов являются магнезиальными энстатитами (до 87-95% энстатитового ком-

понента) с незначительной долей ферросилигового минала, роль которого может возрастать для некоторых железистых разностей трубки Удачная и трубки Обнаженная, где состав ортопироксена меняется до бронзита. При этом наиболее железистыми (аналогично клинопироксе-нам) являются ортопироксены из магнезиально-железистых вебстеритов тр.Удачная (Р=15.8-24.4%), а минимальные значения по этому показателю характерны для магнезиальных разностей трубок Удачная и Обнаженная (Р=6-7%).

Известно, что глиноземистость ортопироксенов, сосуществующих с гранатом, находится в зависимости не только от температуры, но и является фактором давления. Ортопироксены из некоторых гранатовых клинопироксенитов тр.Удачная имеют низкие значения А120з (0,30,6 мас.%) и Сг20з (0,04-0,06 мас.%), что говорит об их особо высокобарическом характере.

Кроме железа и алюминия диагностическое значение имеет также примесь кальция, представляющая собой твердый раствор диоп-сида в энсгатите, доля которого растет в более высокотемпературных парагенезисах. Примесь СаО в ортопироксенах из пироксенитов не велика и обычно не превышает в среднем 0.1-0.3 мас.% Из гранатсодер-жащих разновидностей пироксенитов повышенные содержания кальция зафиксированы в ортопироксенах из гранатового клинопироксенита (0,6 мас.%), что указывает на их особо высокотемпературный характер.

Из других примесей в составе ортопироксенов постоянно присутствует марганец, содержание которого колеблется от 0.08 до 0.22 мас.%, титан 0.02 - 0.03 мас.% и натрий 0.04-0.07 мас.%. 4.3. Гранат Более 70% образцов из изучаемой нами коллекции ксенолитов пироксенитов представляют собой гранатсодержащие разности. Состав гранатов из пироксениговых парагенезисов весьма разнообразен. Однако, в общем, это гранаты пироп-альмацдинового ряда с примесью гроссулярового, уваровигового и андрадитового компонентов. Кроме того, для некоторых высокохромистых гранатов существенна роль кнор-рингитового минала (до7,7 мол.%).

Хромистость гранатов неодинакова для различных пироксени-товых парагенезисов и является в некоторых случаях одним из критериев разделения пироксенитов на группы. Так, для клинопироксенитов трубки Удачная содержание Сг203 в составе гранатов хромистой подгруппы играет весьма заметную роль и не опускается ниже 1.24 мас.%.

при максимальном значении в 6.38 мас.%. В то же время, в малохромистую подгруппу клинопироксенигов попадают ксенолиты, гранаты в которых содержат не более 0.9 мас.% Сг203. Похожая картина наблюдается и для двух других групп пироксениггов трубки Удачная. Так, для магнезиальной разности (Р~22%)содержание Сг20з в гранате существенно выше и колеблется от 3.19 до 6.19 мас.%, в то время как для гранатов из магнезиально-железистых вебстеритов (7-43,7%) доля Сг203 не превышает 0.96 мас.% при средних значениях 0.6 мас.%. Уменьшение содержания хрома (в среднем от 2.31 до 0.69 мас.% Сг203) в гранатах по мере увеличения их железистости (от 16,2% до 25,5%) мы наблюдаем и для ксенолитов трубки Обнаженная.

Иная зависимость наблюдается для гранатов из пироксенито-вых ксенолитов трубки Мир. Здесь по мере уменьшения доли ортопи-роксена в парагенезисе (от ортопироксенитов через вебстериты к клино-пироксенитам) уменьшается и доля хрома в составе граната от 3,9 мас.% в ортопироксенитах, до 1,2 мас.% Сг203 в клинопироксенитах, при одновременном уменьшении их железистости (от 30 до 18,8%).

Из других примесей в составе граната постоянно присутствует титан, количество которого для большинства разновидностей не превышает 0.25 мас.% ТЮ2, лишь для гранатов из подгруппы хромистых пи-роксенитов трубки Удачная содержание этой составляющей колеблется от 0.5 до 0.9 мас.% ТЮ2. Кроме того, столь же обычна для гранатов и примесь марганца, доля которой, как правило, не превышает 0.5 мас.% МпО.

4.4. Хромшпинелпд. Состав хромпппшелидов из мантийных ксенолитов весьма разнообразен. Это связано прежде всего с высокой предрасположенностью шпинелидов к изоморфизму, широкими диапазонами вариаций составов природных систем и термодинамических параметров их равновесий.

Составы хромшпинелидов из безгранатовых пироксенитов трубки Удачная аналогичны составам хромшпинелидов из пород лерцо-литовых парагенезисов (Лазько, 1979; Уханов и др, 1988). Для них характерны не очень высокие отношения Сг/(Сг+А1) (25.5-55.6%, при средних значениях около 40 %) и средняя железисгость от 32.7 до 45.3%. Содержание титана обычно не превышает первые десятые доли процента, однако в двух случаях доля ульвошпинелевого минала возрастает и содержание титана достигает 2 мас.% ТЮ2. Кроме того, в составе

описываемых хромшпинелидов отмечается устойчивая примесь марганца (от 0.10 до 0.53 мас.% МпО) и никеля (от 0.05 до 0.37 мас.% №0).

Для хромшпинелидов из гранатовых пироксенитов трубки Мир характерны наиболее высокие отношения Сг/(Сг+А1), составляющие 85.4-86.1%, высокая железистость 69.5-74.7% и повышенные содержания ульвошпинелевого компонента (ТЮ2 1.34-1.37 мас.%).

Хромшпинелиды из ксенолитов гранатовых пироксенитов Ха-рамайского поля (2 образца) имеют высокие отношения Ст/(Сг+А1) (54.4-74.2%) при железистости от 43.4 до 48.7%. Примесь титана в обоих образцах составляет около 0.5 мас.% ТЮ2.

Хромшпинелиды из гранатовых пироксенитов трубки Обнаженная достаточно близки по составу к таковым из безгранатовых пироксенитов трубки Удачная и отличаются от последних, пожалуй, лишь немного более низкой железистостью (от 15.7 до 39.7%) при аналогичных отношениях Ст/Сг+А1 (от 25 до 47.5%). Для них также характерна устойчивая примесь титана (в среднем 0.3 мас.% ТЮ2) и никеля (0.120.36 мас.% №0).

4.5. Флогопиты встречены преимущественно в безгранатовых пироксе-нитах тр.Удачная. Существенная примесь бария смещает их состав в сторону Ва-флогопитов (до 4.26 мас.% ВаО).По нашим данным, флогопиты с такими высокими концентрациями бария в глубинных ксенолитах ранее не описывалось. Железистость флогопитов из ксенолитов пироксенитов колеблется в узких пределах (4.7-8.0 %) и не отличается от железистости из флогопитов перидотитов. Кроме того, следует отметить примесь Сг203 (до1,98 мас%), ТЮ2 (до 4 мас.%), фтора (1,2-3,3 мас.%) и №20 (0,14-0,49 мас.%).

4.6. Амфибол найден в одном го ксенолитов гранатового вебстерита из кимберлитов Харамайского района. По своему составу данный амфибол относится к ряду кремниевого эденита-паргасита и содержит: 1,2 мас.% К20; 4,95 мас.% N320; 4,6 мас.% РеО и 0,28 мас% Сг203. Кроме приведенных особенностей для амфибола из вебстерита характерна достаточно высокая примесь ТЮ2 (0.3 мас.%).

4.7. Рутил. В нашей коллекции единичные зерна рутила встречены в большинстве магнезиально-железистых вебстеритов трубки Удачная. В них отмечаются достаточно высокие содержания хрома (до 1.33 мас.% Сг203), железа (0.3-0.6 мас.%), алюминия (до 0.32 мас.%), кальция (0.20.3 мас%).

Глава 5. Р-Т условия формирования ксенолитов глубинных пород пироксеинтового парагенезиса

Наличие большого количество геотермометров и геобарометров ставит перед исследователями вопрос о предпочтительности того или иного метода при расчете температур и давлений для конкретных природных парагенезисов и , таким образом, привязать их к тому или иному горизонту в разрезе верхней мантии. Поэтому неоднократно предпринимались попытки критически оценить достоверность результатов, полученных различными методами путем сравнения их между собой. Наиболее известные в этой связи работы Д.Карсвелла и Ф.Гибба (Carswell, Gibb, 1980), В.И.Ваганова и Ю.И.Камышева (Ваганов, Камышев, 1983), а также Минакера (Минакер, 1995). Характерно, что наиболее близкие к реальным результаты, по мнению авторов, дают средние значения, полученные по нескольким предпочтительным методам.

Учитывая специфику исследуемой группы глубинных пород (отсутствие оливина в парагенезисе, высокая степень вторичных изменений и др.), а также результаты перечисленных выше работ, для определения температур нами были использованы следующие геотермометры: двупироксеновые термометры П.Уэллса (Wells, 1977) и П.Бертрана и ДяеМерсье (Bertrand, Mercier, 1985); гранат-клинопнроксеновые термометры Д.Эллиса и Д.Грина (Ellis, Green, 1979) и Е.Крога (Krogh, 1988). Давления определялись по геобарометрам Б.Вуда (Wood, 1974) и КНиккеля и Д.Грина (Nikkei, Green, 1985) в сочетании со всеми перечисленными выше термометрами.

Для трубки Удачная повышенные температуры получены для кскенолитов клинопироксенигов, в которых они обычно не опускаются ниже 970°С, причем, наибольшие температуры характерны для их малохромистых разновидностей (от 1000 до 1200 °С по Эллису-Грину). Для двупироксеновых парагенезисов установлены более низкие температуры, не превышающие 950 °С, при этом каких-либо закономерностей в распределении здесь температур по разновидностям не отмечается. Интервал колебания температур как для магнезиальных, так и для маг-незиально-железистых пироксенигов составляет от 700 до 950 °С.

Температуры равновесий для пироксенитов из тр.Мир в целом имеют более низкие значения и лишь для одного образца гранатового

ортопироксенига зафиксирована температура около 1000°С. В то же время, минимальное значение температуры равновесия отмечается здесь, в отличие от тр.Удачная, для одного из гранатовых клинопирок-сенигов.

Для модулей пироксенигов из тр.Обнаженная характерны еще более низкие температуры равновесия, причем по геотермометру Уэллза они обычно не превышают 800°С, а для двух образцов магнезиально-железисгой подгруппы получены температуры ниже 700°С.

Анализ полученных данных по оценке диапазона Р-Т параметров равновесия, характерных для исследуемых пород, позволяет сделать некоторые выводы. Для разреза литосферной мантии под тр.Удачная с учетом того обстоятельства, что геотерма в этом регионе на палеозойское время соответствовала тепловому потоку 37-40 mWm"2 (Pokhilenko et al. 1991, Похиленко и др. 1993, Griffin et al. 1996) гранатовые пирок-сениты отмечаются на интервале глубинности от низов коры до глубин порядка 200-250км. Причем, к наименее глубинным можно отнести ксенолита магнезиально-железистых вебстеритов, глубинность которых не превышает 60 км (давления 16-17 кбар), а наиболее глубинными являются алмазоносные гранатовые клинопироксениты, условия равновесия которых соответствуют глубинам 200-250 км.

Достаточно широк интервал глубинности и для гранатовых пироксенигов из тр.Мир. Однако здесь наиболее глубинными выступают гранатовые ортопироксениты. При этом все точки этой группы пород на диаграмме давление - температура лежат либо в поле стабильности алмаза, либо вблизи перехода графит - алмаз.

Совершенно иная ситуация наблюдается для ксенолитов гранатовых пироксенигов тр.Обнаженная. Здесь все образцы данного типа имеют малоглубинный характер, где давления не превышают 30 кбар для магнезиальной и 22 кбар для магнезиально-железистой разновидности (100 и 70 км).

Таким образом, основным отличием гранатовых пироксенигов из кимберлитов центральной и окраинной частей Сибирской платформы является отсутствие в составе последних наиболее глубинных разностей, отвечающих по своим Р-Т параметрам условиям пироп-алмазной фации глубинности.

Глава 6. Роль гранатовых пироксенитов в литосферной мантии различных районов Сибирской платформы. 6.1. Анализ особенностей состава минералов гранатовых пироксенитов.

В данном разделе проводится анализ сходств и различий минералов из ксенолитов пироксенитов с соответствующими минералами из пород лерцолигового и эклогитового состава. При этом по минералогии лерцолитов и эклопггов использовались как литературные данные (Владимиров и др., 1976;Уханов и др., 1988; Специус, Серенко, 1990; Соловьева и др., 1994 и др.), так и большое количество наших новых материалов.

Гранат. Для гранатов из ксенолитов лерцолитов установлена четкая положительная связь между содержаниями Сг20з и СаО (Соболев и др., 1969; Соболев, 1974), Аналогичная тенденция имеет место и для выборки гранатов из ксенолитов пироксенитовых пород, причем здесь наблюдается более сильная зависимость между содержаниями кальция и хрома (рис. 1-2). Так, для трубки Удачная в низкохромистых гранатах (0,3-1 мас.% Сг20з) среднее содержание СаО в пи-роксенитовой выборке на 0,5 мас.% больше, чем в гранатах из лерцолитов, а в существенно хромистых гранатах (6-7 мас.% Ст203) это различие увеличивается до 1,2-1,3 мас.%. Для трубки Мир наблюдается еще большая разница между содержанием кальция в низкохромистых и высокохромистых гранатах из лерцолитов и пироксенитов, достигающая1,7 мас.% СаО. Близкая картина, хотя и менее

Сг203,мас.% О лерцолиты • пироксениты

Рисунок 1. Соотношение Сг203 и СаО в гранатах из ксенолитов пироксенитов и лерцолитов тр.Удачная

отчетливая, наблюдается и для гранатов из ксенолитов трубки Обнаженная.

10

Еще одной важной

О лерцолиты • пироксениты

о -k—i—Ц—i—

О 2 4 6 8 10 Сг203,мас.%

характеристикой гранатов из глубинных ксенолитов является их железисгосгь. Гранаты из ксенолитов пи-роксенитов занимают по этой характеристике промежуточное положение между гранатами из лерцоли-тов и эклогигов. Наиболее показательным в этом пла-

не является сравнение рас-Рисунок 2. Соотношение Сг203 и СаО в пределений железисгости гранатах из ксенолитов пироксенмтов и гранатов из различных ти-

тов с железистостью более 25% в лерцолитах составляет 2-3%, в пирок-сенгаах - около 50%, а в эклогитах - около 88%. Аналогичное распределение железисгости характерно и для гранатов из пироксенитов трубок Мир и Обнаженная.

Клинопироксен. Анализ типоморфных особенностей состава клинопироксенов из ксенолитов пироксенитов начат с рассмотрения характера соотношений в них величин Ca/(Ca+Mg) и Сг/(Ст+А1). В целом, расположение точек состава клинопироксенов в указанных координатах во многом индивидуально для каждого из изученных кимберлито-вых тел. Однако наблюдаются и некоторые общие характерные особенности разных кимберлитовых тел. Так, для тр.Удачная и тр.Обнаженная поле составов клинопироксенов из пироксенитов граничит с полем составов клинопироксенов из лерцолитов как со стороны высоких отношений Ca/(Ca+Mg), так и со стороны низких значений Сг/(Сг+А1). При этом отношение Сг/(Сг+А1) в клинопироксенах из лерцолитов тр.Удачная, как правило, не опускается ниже 15-20%. Для тр.Обнаженная эта граница лежит на уровне 9-10% Сг/(Сг+А1). Напротив, поле лерцолитовых клинопироксенов тр.Мир полностью

лерцолитов тр.Мир

пов ксенолитов трубки Удачная. Так , доля грана-

перекрывает составы клинопироксенов из пироксенитов. При этом большая часть значений отношения CaУ(Ca+Mg) лежит в интервале от 48 до 50% (до 90% образцов). Однако для лерцолиговых клинопироксенов оно иногда опускается до 42%. Еще одной особенностью клинопироксенов и ксенолитов трубки Обнаженная является отсутствие высокохромистых разностей. Так, если для кимберлитовых трубок Мир и Удачная отношение Сг/(Сг+А1) в клинопироксенах может достигать 5060%, то для ксенолитов трубки Обнаженная этот показатель не превышает 33% для лерцолитов и 22,3% для пироксенитов.

До сих пор в литературе нет четких критериев, позволяющих надежно разделить гранатовые кли-нопироксениты и эк-логиш. Однако, согласно нашим данным, минералы из гранатовых клинопи-роксешггов по своему составу значимо отличаются от соответст-вующх минералов из пород эклогитового состава. Так, клино-пироксены из гранатовых клинопироксени-тов не попадают в поле составов омфа-цитов и, таким образом, при формальном подходе не могут относиться к классическим эклогитам. Кроме того, железистость и граната и пироксена пироксенитов, как правило, значительно ниже железиетости соответствующих эклогитовых минералов. И, что особенно важно, минералы из клинопироксенитов, в отличие от эклогитовых, содержат существенную примесь хрома, достигающую в гранатах 6.5-7 вес.% Сг202 и не опускающуюся ниже 0,35-0,4 вес.% Сг202 (рис.3).

Сг203,1лас.% (клинопироксен)

о клинопироксениты х экпогиты п=13 п=50

Рисунок 3 Соотношение содержаний Сг203 в гранате и сосуществующем клинопироксене из ксенолитов эклогитов и клинопироксенитов

Ортопироксен. По содержанию примеси алюминия, хрома, натрия и кальция ортогшроксены из пироксенигов ближе всего к орто-пироксенам из зернистых пироповых и пшинель-пироповых лерцолитов, хотя обычно интервалы колебания составов лерцолитовых ортопироксе-нов несколько шире. К примеру, характер распределения содержаний СаО в ортопироксенах из пироксенигов и зернистых лерцолитов одинаков, при близких средних значениях (0,3-0,4 мас% СаО). Исключением для тр.Удачная являются ортопироксены из магнезиально-железистых вебстеригов. При близких (к лерцолиговым) вариациях содержаний А1203 (1,4-2,4 мас.%),Сг2Оз(0,1-0,4 мас.%) и СаО (0,1-0,3 мас%), ортопироксены из этой разновидности существенно более железистые (Ре/(Ре+!^)=15-24,4%). Причем, ортопироксены с такой высокой желе-зистосгью не встречены ни в одной из разновидностей гранатовых перидотитов.

В трубках Мир и Обнаженная каких-либо существенных различий в составах оргопироксенов из лерцолитов и пироксенигов не отмечается.

6.2. К проблеме количественной оценки распределения гранатовых пироксенигов в литосферной мантии Сибирской платформы.

Известно, что для большинства кимберлитовых тел не представляется возможным отобрать представительную выборку глубинных ксенолитов. Вместе с тем, сегодня не вызывает сомнения то, что "поставщиком" наиболее глубинного материала в кимберлитах являются дезинтегрированные отторженцы вещества верхней мантии. В то же время для большинства кимберлитовых трубок доступны концентраты обогащения с обилием глубинных минералов. Таким образом, весьма актуальной становится задача сравнения особенностей состава глубинных минералов из кимберлита с соответствующими минералами из известных и описанных ксенолитов, прежде всего с целью уяснения их парагенетической принадлежности и оценки их роли в глубинном материале конкретных трубок. Наиболее подходящим минералом, для проведения подобного сравнения является гранат. Это обусловлено, с одной стороны, его высокой степенью устойчивости к вторичным изменениям и, с другой стороны, тем обстоятельством, что его состав в координатах СаО-Сг2Оз есть индикатор парагенетической принадлежности (Соболев, 1974).

Для кимберлиговых тел центральных районов Сибирской платформы имеется значительный объем аналитических данных по составу гранатов из самых разнообразных типов глубинных пород. При этом, по

нашим наблюдениям, на диаграмме Н.В.Соболева в координатах СаО-Сг2Оз выделяется область составов гранатов, в которую с вероятностью более 90% попадают исключительно пирок-сенитовые гранаты. Например, для тр. Мир из более чем 460 гранатов самых разнообразных парагенезисов (около 280 образцов по литературным источникам и 180 - по неопубликованным данным) лишь 8 из попавших в это поле имеют не пироксениго-вую принадлежность. В то же время, в эту область, названную нами пироксенитовым полем, ложится до 40% гранатов из ксенолитов пироксенитов (рис. 4).

Еще одна особенность состава гранатов из кимберлиговых концентратов отмечается для ряда трубок северной части платформы. На рисунке 5 приведены данные по трубкам Ирина и Муза. Обращает на себя внимание, что характер распределения гранатов из этих кимберлиговых тел в координатах СаО-Ст2Оз полностью совпадает или весьма близок к данным по составу гранатов из ксенолитов пироксенитов (рис. 1, 2, 4). Если добавить к этому, что доля гранатовых пироксенитов в наиболее изученной, можно сказать "эталонной" для севера Сибирской платформы, трубке Обнаженная резко повышена, то можно предположить, что и в этих трубках в комплексе глубинных минералов заметную роль играют гранаты из пироксенитов.

2Сг20^мас.^>

тр. Удачная тр.Мир

тр.Обнажениая Харамай - пироксентовое поле

Рисунок 4 Соотношение Сг20з и СаО в гранатах из ксенолитов пироксенитов

о

4 6 г203,мас.%

8

0 ёг2Оз;&ас.$ 8

Аналогичное распределение имеют гранаты из кимберлиго-вых трубок Университетская, Ма-локуонапская, Жила-79, дайка Лось и др. В то же время, согласно нашим данным и многочисленным литературным источникам, такого рода распределение гранатов не встречено ни в одном из многочисленных тел центральной части Якутской Алмазоносной Провинции. Таким образом, одной из особенностей глубинного ксеногенного материала кимберлиговых тел северной части Сибирской платформы является значительная доля в нем гранатов предположительно пироксенитовой принадлежности. Не исключено, что причина такого "обогащения" пироксенитовыми гранатами имеет связь с практически полным отсутствием в этих телах минералов из алмазоносных гарцбурпггов и дунитов и отсутствием алмазов. Действительно, в Нижнеоленекском районе зафиксированы разновозрастные кимберлите вые тела, глубинный материал которых отвечает состоянию мантии в разное время. Причем,

Рисунок 5 Соотношение Сг203 и СаО в гранатах го кимберлито-вого концентрата тр.Ирина и тр.Муза

изучение нескольких десятков кимберлиговых трубок мезозойского возраста Оз), в том числе и описанные выше, свидетельствует о практически полном отсутствии в них наиболее глубинного материала, отвечающего пироп-алмазной фации глубинности. При этом, здесь же установлены палеозойские (до СО кимберлиты и продукты их эрозии с заметными концентрациями материала из дезинтеграции алмазоносных дуни-

то в и гарцбургитов (тр.Ивушка, комплекс пиропов из турнейских конгломератов реки Кютюнгде). Данные факты, говорящие о различиях верхнемантийного разреза в палеозое и мезозое, можно объяснить наличием процессов эрозии наиболее глубинных уровней литосферы в этом районе либо каким-то иным механизмом утонения литосферы, сопровождающимся интенсивным основным магматизмом во время тектоно-магматической активизации на границе пермского и триасового периодов (Pokhilenko, Sobolev, 1995). Взаимодействие между глубинными расплавами, обогащенными Si, Ti, Al, Fe, Ca и Na и истощенными гарц-бургитами и дунигами могло привести к превращению последних в лер-цолиты и пироксениты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов проведенного изучения комплекса ксенолитов пироксенитов из разновозрастных кимберлитов различных районов Сибирской платформы позволил сформулировать следующие выводы:

1. Ряд специфических особенностей состава пироксенитов и, что особенно важно, состава слагающих их минералов позволяют достаточно надежно отделять их от эклогитов. Наиболее четкими различиями в этих двух типах пород обладают такие характеристики, как распределение Cr2Oj в сосуществующих гранатах и пироксенах, общая железистость пород и железистость слагающих сравниваемые породы минералов и роль жадеитового минала в составе клинопироксе-нов.

2. Наличие четких различий в характере связи содержаний Сг20з и СаО для гранатов из мантийных лерцолитов и пироксенитов позволяет проводить достаточно объективную оценку роли дезинтегрированного пироксенитового материала в общем комплексе ксеногенных глубинных минералов конкретных кимберлитовых трубок.

3. В вертикальном разрезе литосферной части верхней мантии центральных частей Якутской кимберлитовой провинции (Мало-Ботуобинский и Далдыно-Алакитский районы) пироксениты присутствуют начиная от границы кора-мантия (50км) до глубин порядка 250 км, что указывает на особо глубинный характер их материнских расплавов. При этом, исходя из оценок Р-Т параметров равновесия ксенолитов пироксенитов, эти породы сосредоточены преимущественно в верхней трети указанного интервала, на глубинах 50-120км.

4. В разрезе литосферной части верхней мантии северо-восточной окраины Сибирской платформы на мезозойское время (верхняя юра-нижний мел) доля пироксенигов была существенно выше таковой для разреза верхней мантии центральных районов ЯАП на среднепа-леозойское время, причем мезозойскими кимберлитами северовосточной части платформы пироксениты были вынесены с интервала глубин от раздела кора-мантия до 130 км.

5. Кимберлитами палеозойского (донижнекаменноугольного) возраста, также проявленными в пределах северо-восточной окраины Сибирской платформы, был «опробован» существенно иной разрез литосферной манпш в регионе, который отличался от мезозойского, во-первых, не менее чем на 100 км большей мощностью, во-вторых, резко меньшей ролью представленных в нем пироксенигов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кулигин С. С. Ксенолиты глубинных ультраосновных пород из кимберлитовой трубки Айхал, Якутия // Сб. тезисов VII Всесоюзного петрографического совещания, Новосибирск, 1986.

2. Кулигин С.С. Ксенолиты ультраосновных пород из кимбер-литовых трубок Айхал и Геофизическая, Якутия // Сб. Минералы ультраосновных парагенезисов в кимберлитах и условия их образования, Новосибирск, 1988, Изд-во ИГиГ СО АН СССР, с. 68-78.

3. Sobolev N.V., Kuligin S.S. et al. Eclogite paragenesis of diamond from Udachnaya and mir pipes, Yakutia // Ext. Abstr. 5th Intern. Kimberlite Conf., Araxa, Brazil, 1991, p.391-393.

4. Agashev A.M., Watanabe Т., Kuligin S.S. et al. Rb-Sr and Sm-Nd isotope studies of garnet-websterite xenoliths from the kimberlite pipe Udachnaya (Siberia) (inpress).