Введение к работе
Актуальность исследования. Изучение вулканических трубок позволяет приблизиться к решению важнейших проблем современной петрологии, таких, как условия зарождения, состав, особенности эволюции, параметры кристаллизации расплавов мантийного происхождения. С вулканоплутоническими телами связаны многочисленные месторождения полезных ископаемых, в частности, кимберлиты являются главным источником алмазов. В настоящее время изучение состава мантийных магм, их эволюции, условий генерации и кристаллизации проводится с помощью экспериментальных исследований при различных Р-Т-параметрах, математического моделирования, минералогических и хроматографических исследований пород. Однако, только расплавные включения в минералах являются единственным прямым источником сведений о химическом составе, направлении эволюции и Р-Т-условиях кристаллизации мантийных магм, поскольку обладают уникальными свойствами сохранять информацию о составе расплава и Р-Т-параметрах в момент их захвата. Поэтому изучение включений расплава позволяет значительно приблизиться к решению вышеобозначенных проблем.
Актуальным направлением петрологии и вулканологии также является изучение минералов, расплавных и флюидных включений в мантийных ксенолитах, образование которых происходило значительно позже кристаллизации первичных ассоциаций. Генезис этих поздних фаз в ксенолитах остается дискуссионным.
Цели и задачи исследования. Целью работы являлось построение комплексной модели эволюции мантийных расплавов при кристаллизации кимберлитов (трубка Удачная-Восточная) и базанитов (трубка Беле), а также выявление особенностей взаимодействия мантийных ксенолитов с выносящими расплавами.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить две основные задачи: 1. Определить особенности эволюции и Р-Т-параметры при кристаллизации кимберлитов (трубка Удачная-Восточная) и базанитов (трубка Беле). 2. Установить генезис и условия образования поздних фаз в мантийных ксенолитах из этих тел.
Объекты исследования. Геологическими объектами исследования являлись трубки взрыва: кимберлитовая - Удачная-Восточная (Якутия) и базанитовая — Беле (Хакасия). Объектом детальных исследований были расплавные, флюидные и кристаллические включения в минералах неизмененных пород и ксенолитов.
Выбор объектами исследования трубок Удачная-Восточная и Беле обусловлен следующими причинами:
1. До настоящего времени комплексного исследования расплавных включений в минералах кимберлитов не проводилось, поэтому значительная часть информации о физико-химических особенностях кристаллизации кимберлитов отсутствовала. Включения расплава в породообразующих минералах базанитовых тел Северо-Минусинской впадины также практически не изучались.
2. Трубки взрыва Удачная-Восточная и Беле, с одной стороны, имеют ряд общих черт, с другой, - различий. Поэтому проведение сравнительного анализа физико-химических условий кристаллизации пород этих магматических тел представляется достаточно актуальным. Базанитовые трубки взрыва имеют некоторое сходство с типичными кимберлитовыми трубками по морфологии, механизму образования, составу мантийных ксенолитов. Северо-Минусинские трубки долгое время рассматривались как потенциально алмазоносные
| «it НАЦИОНАЛЬНАЯ /
| БИБЛИОТЕКА I
1 _ляа*з)
из-за присутствия в них пиропов, но позднее эти предположения не подтвердились (Крюков, 1962; 1968). Существенное различие сопоставляемых объектов заключается в минералогическом составе основной массы породы. Кроме того, эти трубки взрыва располагаются в различных геодинамических обстановках: в стабильной центральной части и в обрамлении Сибирской платформы, которое подверглось нескольким циклам тектоно-магматической активизации. Основные защищаемые положения.
-
Эволюция расплава при кристаллизации кимберлитов трубки Удачная-Восточная была направлена в сторону карбонатитовых составов - постепенного повышения содержания CaO, FeO, щелочей, летучих (0(. НгО, F, S, О) и понижения концентраций Si02, MgO, AI2O3, Сг^Оз.ТЮг. Кристаллизация минералов основной массы кимберлитов происходила в гипабиссальных условиях в интервале Т=1000-600С.
-
Эволюция расплава при кристаллизации базанитов трубки Беле была направлена в область тефрифонолит-фонолитовых составов — обогащения S1O2, АІ2О3, щелочами и обеднения FeO, MgO, CaO, ТІО2. Кристаллизация минералов основной массы базанитов происходила в приповерхностных условиях при Т=1300-900С.
-
Джерфишерит, установленный в виде одной из фаз наложенной минерализации в мантийных ксенолитах трубки Удачная-Восточная, вероятно, является продуктом инфильтрации в ксенолиты кимберлитового расплава при Т<900С и близповерхностном давлении.
-
Вторичные расплавные, флюидные и кристаллические включения в минералах глубинных ксенолитов трубки Беле являются продуктами взаимодействия ксенолитов с базанитовой магмой при Т=1200-1100С и Р<2.4 кбар.
Фактический материал и личный вклад автора. Для реализации поставленной цели автором осуществлено: 1) минералогическое и петрохимическое изучение пород, определение Р-Т-параметров кристаллизации минералов основной массы кимберлитов и базанитов; 2) определение составов магм и реконструкция их эволюционных трендов при кристаллизации кимберлитовых и базанитовых расплавов по данным изучения расплавных включений; 3) определение состава, Р-Т-условий образования, источника вещества поздних фаз в ксенолитах и, для сравнения, определение состава и Р-Т-параметров образования первичных ассоциаций мантийных ксенолитов.
Материалом для проведения исследований стала коллекция пород и ксенолитов из трубок взрыва Удачная-Восточная и Беле, отобранная при участии автора в период с 1995 по 2000 гг. совместно с Н.П. Похиленко, В.Ю. Брагиным и В.Г. Мальковцом. Часть образцов ксенолитов из трубки Беле была любезно предоставлена Ю.И. Овчинниковым. В ходе работы было просмотрено более 200 пластинок пород с целью выявления различных типов включений в минералах. Проведено около 100 высокотемпературных термометрических экспериментов с расшивными включениями и порядка 100 криометрических исследований флюидных включений и флюидных фаз в расплавных включениях. Выполнено более 1200 полных микрозондовых анализов минералов, закаленных и остаточных стекол расплавных включений. Получено более 50 КР-спектров
содержимого флюидных включений и некоторых дочерних фаз из расплавных включений. Проведены систематизация, интерпретация и обобщение всех полученных результатов, их сопоставление с литературными данными.
Методы исследования. При изучении включений использовались методы термобарогеохимии - термометрия и криометрия. КР-спектры получены на многоканальных спектрометрах (RAMANOR U-1000, ОИГГиМ СО РАН и TRIPLEMATE SPEX, ИНХ СО РАН, г. Новосибирск). Состав минералов и стекол определялся посредством рентгеноспектрального анализа на микрозонде Camebax-micro (ОИГТиМ СО РАН). Химический и редкоэлементный состав пород определялся методами РФА и РФА-СИ, летучие компонеты — методом классического химического анализа (ОИГГиМ СО РАН).
Научная новизна. Реконструированы тренды и установлены различия в направлении эволюции составов расплавов, получены данные о температурном и флюидном режимах при кристаллизации кимберлитов и базанитов.
Данная работа представляет собой первое систематическое исследование состава расплавных включений в кимберлитах. В расплавных включениях из кимберлитов трубки Удачная-Восточная среди дочерних фаз установлены редкие минералы - тетраферрифлогопит, гумит, джерфишерит, Na-Ca-карбонаты, а также сульфаты и хлориды. Как минерал основной массы кимберлитов трубки Удачная-Восточная впервые идентифицирован джерфишерит. Доказано, что кальцит, доломит, магнезит-сидерит, Na-Ca-карбонаты и джерфишерит в кимберлитах имеют позднемагматическое происхождение. Впервые в базанитах Северо-Минусинской впадины установлен редкий алюмосиликат- рёнит.
Показано, что поздние фазы в мантийных ксенолитах, происхождение которых обычно связывают с мантийным метасоматозом, могут быть продуктами взаимодействия ксенолитов с выносящими их расплавами.
Практическая ценность выполненной работы определяется полученными принципиально новыми данными по физико-химическим особенностям кристаллизации кимберлитов трубки Удачная, являющейся крупнейшим отечественным коренным месторождением алмазов. Приведенные в настоящей работе результаты являются важной информацией для создания объективных моделей формирования алмазных месторождений подобного типа.
Апробация работы и основные публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из которых 3 статьи - в российских журналах и 14 тезисов докладов - в трудах международных и российских конференций. Основные результаты по теме диссертации представлялись на 7-й и 8-й международных кимберлитовых конференциях («ІКС»: Кейптаун, ЮАР, 1998; Виктория, Канада, 2003), на 14-й, 15-й и 17-й европейских конференциях по флюидным включениям («ECROFI»: Нанси, Франция, 1997; Потсдам, Германия, 1999; Будапешт, Венгрия, 2003), на 9-й международной конференции по термобарогеохимии (Александров, Россия, 1999), на семинаре «Щелочной магматизм Земли» (Москва, Россия, 2002), на конференции «Геология, геохимия и геофизика на рубеже XX и XI веков» (Иркутск, Россия, 2002) и на «Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле» (Новосибирск, Россия, 2002).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения общим объемом 240 страниц. Материал диссертации
