Физико-химические условия образования алмазоносных парагенезисов эклогитов

• Автор: Симаков, Сергей Кириллович
• Шифр специальности: 04.00.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 245 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ:

Глава 1. Основы петрологии верхней мантии и обзор термодинамических моделей минералов, используемых в работе
Глава 2. Разработка методов оценки Р-Т параметров глубинных включений пород верхней мантии
Глава 3. Определение глубинности кимберлитов и родственных им пород Восточно-Европейской платформы
Глава 4. Оценка окислительно-восстановительных условий (/0)) для глубинных парагенезисов верхней мантии и земной коры
Глава 5. Экспериментальное изучение процессов образования фуллереноподобного углерода из флюидной фазы при Р-Т параметрах, соответствующих природному минералообразованию
Глава 6. Петрологическая модель образования алмаза в верхней мантии
Заключение
Литература.

Актуальность. Температура, давление и окислительно-восстановительный потенциал среды являются основными термодинамическими параметрами, определяющими характер минералообразующих процессов в верхней мантии, в том числе и образование алмаза. На сегодняшний день существует достаточное количество методов, позволяющих рассчитывать Р-Т- /0j параметры для перидотитовых ассоциаций, вынесенных кимберлитовыми магмами из мантии. Однако подобные методы до сих пор не разработаны для эклогитовых ассоциаций: отсутствуют способы оценки степени окисленности флюида, а также надежные барометры для определения глубинности эклогитообразования. Большинство современных работ, посвященных генезису природного алмаза и мантийных пород, ограничиваются определением Р-Т параметров. Лишь немногие из них уделяют внимание окислительно-восстановительной обстановке глубинного петрогенеза (Федоров, 1995; Daniels and Gurney, 1991; Woodland and Peltonen, 1999). Вместе с тем, более двадцати лет тому назад Л.Л.Перчук и В.И.Ваганов (Perchuk, Vaganov, 1980) установили эмпирическую связь алмазоносное кимберлитов Якутаи с изменением степени окисления в них железа. С тех пор эту проблему никто фундаментально не изучал, хотя образование алмаза и кимберлитовых магм рассматривалось в системе перидотит-О-Н-С (например, Ellis and Wyllie, 1979; Eggler and Baker, 1982; Eggler et al., 1979). Важным аспектом этой системы является состав флюида, который влияет на параметры выплавления магм и на процесс образования или растворения в них свободного углерода (графита или алмаза). Поверхность солидуса в данной системе зависит как от соотношения Н2О/СО2 во флюиде, так и от степени растворения этих компонентов в расплаве, растворимость которых в силикатаом расплаве увеличивается с ростом давления. Следовательно, равновесие алмаза с этим расплавом
зависит от летучести кислорода и растворимости в нем НоО, СО2 и СН4 (Woermann and Rosenhauer, 1985).
Вопросы стабильности графита и алмаза в равновесии с системой С-О-Н изучались многими исследователями (например, Маракушев, Перчук, 1974; Перчук и Суворова, 1973; Рябчиков, 1980; Симаков, 1988; Deines et al., 1987; Haggerty, 1986; Saxena, 1989; Polianov et al., 2002; Litvin, 2002), которые показали, что росту алмаза способствует равновесие силикатного расплава с существенно водным флюидом.
Для оценки f0i при образовании эклогитовых и перидотитовых парагенезисов в
верхней мантии применяются кислородные барометры (фугометры). Подавляющее большинство из них основано на минеральных равновесиях с переменной валентностью железа (Fe+2 <=> Fe+3). Наиболее распространенными являются шпинелевые ассоциации. Существуют и экспериментальные методы определения “внутренней” фугитивности кислорода (IOF) для минералов перидотитовых и эклогитовых ксенолитов, в том числе и для алмазоносных (например, Кадик и др., 1991, 1997; Arculus et al., 1984; Ulmer et al., 1987). Оценка этими методами окислительно-восстановительных условий в породах верхней мантии во многих случаях оказывается противоречивой. Большинство расчетов, выполненных на основе шпинелевых барометров, свидетельствует о том, что петрогенез в верхней мантии протекал между кварц-фаялит-магнетитовым (QFM) и вюстит-магнетитовым (WM) буферами (Рябчиков и др., 1983; Ballhaus et al., 1991; Luth etal., 1990;. O’Neill and Wall, 1987). Однако по экспериментальным данным (например, Кадик и др., 1991, 1997; Ulmer et al., 1987) и некоторым расчетам (например, Wood et al., 1990) получены более восстановленные условия мантийного петрогенеза, соответствующие железо-вюститовому (IW) буферу. Известны также работы по оценке фугитивности кислорода для включений в алмазах, содержащих перидотитовый парагенезис (Daniels and
который в основном согласуется с континентальной геотермой, и “инфлекционный” (1050-1500° С и 45-62.5 кбар), совпадающий с линией равновесия графит-алмаз (Рис.14). Первый близок к эклогитовой геотерме трубки Коиду (см. Рис.9), а второй - к инфлекционной геотерме Бойда (1973). Полученные результаты в целом подтверждают предположение Басу и др. (1986), МасГрегора и Мантона (1986) о наличии 2 типов эклогитов в тр. Робертс Виктор. Первый (из нижних частей литосферы), возможно, образовался за счет коровой субдукции в верхнюю мантию, а второй имеет первично мантийное происхождение. Алмазосодержащие эклогиты этой трубки располагаются в основном на границе 2 трендов (в месте соприкосновения конвективного потока с литосферной плитой).
На основе полученных результатов для эклогитовых ассоциаций можно выделить 2 основных типа градиентов, которые в целом соответствуют ранее известным перидотчтовым палеогеотермам (Boyd, 1973). Первый тип палеогеотерм характерен для эклогитов из трубок Коиду и Лесото и, в основном, близок к континентальной геотерме (на щитах). Второй - характерен для трубок из центральных частей кратонов (сюда относятся трубки Премьер, Орала, Мир и Удачная, хотя следует отметить, что Коиду также относят к центру докембрийского кратона (Barth et al., 2001) и ближе к “инфлекционному” типу перидотитовых палеогеотерм.
Версия CaTs барометра, разработанная для перидотитовых составов, была использована также и для определения Р-Т параметров гранат-шпинелевых лерцолитовых включений из щелочных базальтов Пали Айк (Северная Аргентина), Монголии, Австралии, Сицилии и Витимского плато. Полученные давления составляют 16-23 кбар, что отвечает области перехода шпинели в гранат для лерцолитов (Рис. 15). Это подтверждает петрологическую корректность данного барометра на природных объектах (вышеупомянутый метод Никитиной (2000) дает давления от 44 до 57 кбар, что подтверждает его петрологическую некорректность). Были также оценены Р-Т параметры