CC BY
49
Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых
УДК 552.31.5+552.321.6(571.56)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА МИНЕРАЛОВ ИЗ КСЕНОЛИТОВ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК «ОБНАЖЕННАЯ» И «УДАЧНАЯ»
© Т.В. Калашникова1, Л.В. Соловьева2, С.И. Костровицкий3
1,3Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а. 2Институт Земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
В данной работе сравнивается состав минералов ксенолитов из двух кимберлитовых трубок («Обнаженная» и «Удачная»), которые расположены в различных частях Якутской кимберлитовой провинции. Приведены новые данные по модальному минеральному составу пород, химическому и редкоэлементному составу граната и клинопироксена, а также выполнены оценки Р- Т-условий формирования пород. В трубке «Обнаженная» была выделена группа пород (Sp, Sp-Grt, Grt лерцолиты и оливиновые вебстериты), которые характеризуются средне- и крупнозернистой структурой и по модальному минеральному составу формируют единый ряд с постепенным увеличением содержания граната и клинопироксена. В пироксенитах наблюдаются мегакристаллические разновидности, в некоторых отмечены метасоматические изменения в виде замещения пироксенов мелкозернистым агрегатом амфибола и флогопита.
Изученная нами группа пород из трубки «Обнаженная» оказалась близка по распределению редких элементов в гранате и клинопироксене к высокотемпературным деформированным Grt лерцолитам из трубки «Удачная». Однако перидотиты из трубки «Обнаженная» отличаются крупнозернистой структурой, более магнезиальным составом всех минералов, а также более высокими содержаниями Al2O3 и Cr2O3 в пироксенах, более низкими содержаниями Cr2O3 и TiO2 в гранате. Кроме того, определенные параметры формирования минералов из ксенолитов трубки «Обнаженная» лежат в области стабильности графита (T = 535-764°C; P = 12,8-27,4 кбар), тогда как для деформированных лерцолитов из трубки «Удачная» Р-Т-параметры очень высоки и находятся в области стабильности алмаза (T = 1150-1350°C; P = 47-65 кбар). Одновременно исследованная группа ксенолитов из трубки «Обнаженная» отличается по составу минералов и от крупнозернистых Grt лерцолитов из трубки «Удачная», для которых предполагается реститовое происхождение. Вероятно, указанная группа ксенолитов из трубки «Обнаженная» и деформированные лерцолиты из трубки «Удачная» сформировались из близкого по составу мантийного источника. Ключевые слова: литосферная мантия; Сибирский кратон; перидотит; гранат; клинопироксен.
COMPARATIVE CHARACTERISTIC OF THE COMPOSITION OF XENOLITH-DERIVED MINERALS OF "OBNAZHENNAYA" AND "UDACHNAYA" KIMBERLITE PIPES
T.V. Kalashnikova, L.V. Solovieva, S.I. Kostrovitsky
Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS, 1a Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia. Institute of the Earth Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia.
1 Калашникова Татьяна Владимировна, младший научный сотрудник лаборатории геохимии основного и ультраосновного магматизма, тел.: (3952) 511457, e-mail: [email protected]
Kalashnikova Tatiana, Junior Researcher of Laboratory of Geochemistry of Basic and Ultrabasic Magmatism, tel.: (3952) 511457, e-mail: [email protected]
2Соловьева Лидия Васильевна, старший научный сотрудник лаборатории геологии и магматизма древних платформ, тел.: (3952) 425434, е-mail: [email protected]
Solovieva Lidia, Senior Researcher of the Laboratory of Geology and Magmatism of Ancient Platforms, tel.: (3952) 425434, е-mail: [email protected]
3Костровицкий Сергей Иванович, ведущий научный сотрудник лаборатории геохимии основного и ультраосновного магматизма, тел.: (3952) 511457, е-mail: [email protected]
Kostrovitsky Sergey, Leading Researcher of Laboratory of Geochemistry of Basic and Ultrabasic Magma-tism, tel.: (3952) 511457, е-mail: [email protected]
The mineral composition of xenoliths from "Obnazhennaya" and "Udachnaya" kimberlite pipes located in the different parts of the Yakutian kimberlite province is compared in the article. A new data on modal mineral composition of rocks, chemical and rare earth element distribution in garnet, clinopyroxene and P-T-conditions of rock formation are discussed. A group of medium- and coarse-grained Sp, Sp-Grt, Grt lherzolites and olivine webster-ites that form a united series with gradually increasing garnet and clinopyroxene modal content has been distinguished in the "Obnazhennaya" pipe. Megacrystallic varieties are observed in pyroxenites where metasomatic alterations occur in the form of pyroxene substitution with amphibole and phlogopite fine-grained aggregate.
By the distribution of rare earth elements in garnet and clinopyroxene the investigated group of rocks from the "Obnazhennaya" pipe is found to be close to high-temperature deformed Grt-lherzolites from the "Udachnaya" pipe. However, peridotites from the "Obnazhennaya" pipe are characterized with coarse-grained structure, higher magnesia content in all minerals; increased content of Al2O3 and &2O3 in pyroxenes and lower contents of &2O3 and TiO2 in garnet. Moreover, some mineral formation parameters from the "Obnazhennaya" pipe xenoliths range within the graphite stability area (T = 535-764°C; P = 12,8-27,4 kbar), while P-T-estimations for "Udachnaya" pipe deformed lherzolites are very high and range within the diamond stability area (T = 1150-1350°C; P = 4765 kbar). The simultaneously studied group of xenoliths from the "Obnazhennaya" pipe differs in mineral composition from the coarse-grained lherzolites from the "Udachnaya" pipe which are supposed to be of restite origin. It is assumed that the xenoliths from the "Obnazhennaya" pipe and deformed lherzolites from the "Udachnaya" pipe were formed from the mantle sources of similar composition.
Keywords: lithospheric mantle; Siberian craton; peridotites; garnet; clinopyroxene.
Введение
Ксенолиты из кимберлитовых трубок являются уникальным источником информации о составе и строении лито-сферной мантии. По петрографическим особенностям, минеральному и химическому составу, изотопным данным возможно установить характеристики процессов, влиявших на формирование данных пород. Предполагается, что лито-сферная мантия под древними кратонами представлена преимущественно ультраосновным деплетированным веществом, которое впоследствии испытало различные процессы метасоматизма и метаморфизма. Однако природа данных процессов и состав первичного протолита остаются дискуссионными.
В настоящем исследовании рассматриваются ксенолиты перидотитов и пироксенитов из кимберлитовой трубки «Обнаженная», которые представляют вещество литосферной мантии под северо-восточной частью Сибирского кра-тона. Приведены новые данные по модальному минеральному составу пород, химическому и редкоэлементному составу граната и клинопироксена, а также выполнены оценки Р-Т-условий формирования пород. Возраст кимберлитов трубки «Обнаженная» оценивается как позднеюрский - раннемеловой (156-171 млн лет) [13].
Мантийные ксенолиты из данной трубки разделяются нами на несколько групп. В первую группу был отнесен ряд пород от Sp, Sp-Grt, Grt* лерцолитов и Sp, Sp-Grt, Grt оливиновых вебстеритов до Sp, Sp-Grt, Grt вебстеритов. По петрографическим наблюдениям данная группа составляет более 50% от общего объема ксенолитов, в ней наблюдаются непрерывные переходы с постепенным увеличением содержания клинопироксена и граната. Эта группа пород была условно названа нами магнезиальной. Вторая группа - гранатовые мегакристалличе-ские клинопироксениты и эклогиты, которые существенно отличаются по составу минералов. Третью группу составляют флогопит-ильменитсодержащие породы, которые характеризуются железистым составом минералов и также значительно отличаются по петрографическим характеристикам и определениям возраста. В данной статье две последние группы и вопрос их генезиса не рассматриваются.
Для сопоставления приводятся литературные данные по хорошо изученным мантийным ксенолитам из кимбер-литовой трубки «Удачная». Данная трубка относится к верхнедевонскому кимберлитовому циклу (360-370 млн лет) [4] и расположена в центральной части Сибирского кратона. Ксенолиты из этой
* Sp - шпинелевые; Sp-Grt - шпинель-гранатовые; Grt - гранатовые.
трубки изучались большим числом исследователей [1-3, 5, 8, 10 и др.].
Методы исследования
Для характеристики пород из трубки «Обнаженная» было использовано 30 образцов сравнительно свежих ксенолитов, отражающих спектр пород от Sp-Grt и Grt лерцолитов до оливино-вых вебстеритов и вебстеритов. Ксенолиты из кимберлитовой трубки «Обнаженная» были детально исследованы в шлифах на поляризационном микроскопе Olympus BX51. Изучение химического состава минералов проводилось на рентгеновском электронно-зондовом микроанализаторе JEOL JXA-8200 в ИГХ СО РАН (аналитик - Л.Ф. Суворова). Для восьми представительных образцов (табл. 1) были получены концентрации редких элементов в минералах методом масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) на микроанализаторе Сameca IMS 4f Ion probe в ярославском филиале Физико-технического института РАН (г. Ярославль, аналитик - С.Г. Симакин).
Петрографическое описание
Модальный минеральный состав магнезиальной группы ксенолитов из трубок «Обнаженная» и «Удачная» приведен на рис. 1. В трубке «Обнаженная», как упоминалось выше, выделяется ряд пород с постепенным увеличением содержания пироксенов, а также граната (до 30% и более). Перидотиты из трубки характеризуются средне- и крупнозернистой структурой. Оливин в перидотитах трубки «Обнаженная» образует крупные
зерна (до 2-5 мм), разбитые трещинами на блоки, иногда корродированные серпентином, а также небольшие округлые выделения (до 0,7 мм), как правило, окруженные кальцитовой оторочкой и серпентином. Ортопироксен образует зерна до 2-5 мм. В нем часто наблюдаются тонкие (0,01-0,03 мм) пластинки распада клино-пироксена. Шпинель чаще наблюдается в перидотитах, в виде структур распада пироксена (рис 2, а), иногда в виде включений в гранате (рис 2, б).
В пироксенитах и вебстеритах обычно заметны деформированные мега-кристаллы (2-8 см) пироксенов с параллельными пластинчатыми структурами распада пироксенов ± шпинели ± граната (рис. 2, в), окруженные перекристаллизованной мелко-среднезернистой матрицей из тех же минералов. Гранат отмечается преимущественно в пироксенитах, в виде крупных выделений, иногда в срастании с сульфидами, а также в виде структур распада в клинопироксене (рис. 2, в, г). Формирование структур распада указывает на длительное постепенное охлаждение первоначальных мегакристаллов пироксена. В некоторых породах данной серии отмечаются флогопит-амфиболовые прожилки, развивающиеся по пироксену, что свидетельствует о проявлении мантийного метасоматизма [6]. Вторичные изменения, связанные с воздействием кимберлитового расплава и с поздними низкотемпературными процессами, выразились преимущественно в серпенти-низации и карбонатизации.
Таблица 1
Петрологические характеристики представительных образцов магнезиальной серии из кимберлитовой трубки «Обнаженная»
Номер образца Название породы Содержание минералов, об. % Вторичные изменения T, °С P, кбар
Ol Opx Cpx Grt Sp Sulph
74-891 Grt лерцолит 45 25 12 18 - Е.з. СагЬ, 8егр, РЫ ~5-10% 7б4 27,4
7-341 Sp-Grt лерцолит 30 24 20 23 1-3 СагЬ, 8егр ~3-5% 741 1б,8
7-259 Grt Ol вебстерит 15 25 30 30 - <0,5 СагЬ, 8егр, Рудный ~5-7% бб0 14,0
7-421 Sp-Grt Ol вебстерит 8 22 22 45 3 Е.з. 8егр, рудный ~10% 543 14,б
7-294 Grt Ol вебстерит 10 30 30 30 - 0,5-1 8егр, хлорит, РЫ1, Рту рудный ~10% 535 14,б
7-255 Grt вебстерит - 29 40 30 - ~1,5 8егр, рудный ~3-5% б73 22,б
74-9б8 Grt вебстерит - 10 54 35 - ~1 8егр, рудный ~3-5% б82 23,б
0б-288 Мегакристаллический Grt-Cpx ортопироксенит - б4 17 19 - ~ 0,5 8егр, СагЬ, Рту(?) ~7-10% 572 12,8
Примечание. Е.з. - единичные зерна; Т- температура по [15]; Р - давление по [11].
Ol
Орх 10 90 Срх
Рис. 1. Модальный минеральный состав ксенолитов из кимберлитовых трубок «Обнаженная» (черные значки) и «Удачная» (белые значки) (содержание оливина и пироксенов рассчитано на 100%).
Данные по трубке «Обнаженная» - подсчет нашей коллекции, по трубке «Удачная» -Л.В. Соловьевой [10]
Рис. 2. Взаимоотношения шпинели, граната и других породообразующих минералов. Увеличение 4х:
а - симплектитовые срастания шпинели и ортопироксена (обр. 06-218 - Sp лерцолит); б - реликты замещения шпинели в гранате (обр. 7-341 - Sp-Grt лерцолит); в - гранат и ортопироксен в структурах распада мегакристалла клинопироксена (обр. 7-345 - Grt клинопироксенит - вебстерит); г - гранат в срастании с сульфидом (обр. 7-294 - Grt оливиновый вебстерит)
В трубке «Удачная» выделяются две главные группы ультраосновных ксенолитов мантийного вещества: низкотемпературные (термин ввел Ф.Р. Бойд) крупнозернистые (granular, coarsegrained) Sp, Sp-Grt, Grt перидотиты (гарц-бургиты, лерцолиты) и высокотемпературные деформированные (sheared, deformed) Grt перидотиты (гарцбургиты, лерцолиты). Деформированные перидотиты составляют около 60% от всех ксенолитов в трубке «Удачная» [6], характеризуются порфирокластами граната, пи-роксенов и мелкозернистой оливиновой матрицей, что свидетельствует о перекристаллизации в условиях высокого давления. Данный тип пород отсутствует в трубке «Обнаженная». Крупнозернистые Sp- Grt и Grt перидотиты из трубки «Удачная» составляют около 25% ксенолитов с крупными размерами зерен, отсутствием признаков деформации и отвечают по составу гарцбургитам и лерцоли-там, сильно обедненным гранатом и кли-нопироксеном. Между крупнозернистыми и деформированными лерцоли-тами существуют переходные разновид-
ности, причем ряд исследователей предполагает, что степень деформации не изменяет химический состав минералов [10, 14]. Пироксенитовые парагенезисы пород в трубке «Удачная» распространены значительно меньше и не образуют переходов к перидотитам [2]. В табл. 1 приведены модальный минеральный состав и оценка Р-Г-условий формирования 8 представительных образцов магнезиальной лерцолит-вебстеритовой серии из трубки «Обнаженная».
Химический состав минералов
Химические анализы минералов из изученных ксенолитов трубки «Обнаженная» приведены в табл. 2. Сопоставление химического состава минералов по содержанию петрогенных оксидов и в ксенолитах из двух трубок произведено по нашим и литературным данным. Литературные данные по химическому составу минералов из трубки «Удачная» заимствованы из работ: по зернистым лер-цолитам - [2, 5, 8]; по деформированным лерцолитам - [1, 10, 14]. Литературные данные по трубке «Обнаженная» взяты из работы [14].
Таблица 2
Химические составы минералов в представительных образцах магнезиальной серии из кимберлитовой трубки «Обнаженная»
Образец 74-891 7-341 7-259
Порода Grt лерцолит Sp-Grt лерцолит Grt Ol вебстерит
Минерал Ol Opx Cpx Grt Ol Opx Cpx Grt Sp Opx Cpx Grt
SiO2 41,56 57,89 54,89 42,24 40,91 55,78 53,73 42,94 0,37 56,81 54,95 43,05
TiO2 <0,05 0,10 0,29 0,14 <0,05 0,10 0,39 0,06 0,24 0,06 0,42 < 0,05
AI2O3 <0,05 1,00 4,03 21,46 <0,05 2,37 4,30 22,07 37,85 1,78 7,24 23,49
Cr2O3 <0,05 0,29 1,66 2,82 <0,05 0,72 1,99 2,15 30,29 0,17 0,59 0,40
FeO 7,53 5,01 1,44 7,91 7,36 5,07 1,50 7,74 12,17 5,04 1,93 7,79
MnO 0,06 0,10 0,04 0,41 0,07 0,09 0,06 0,32 0,09 0,08 0,05 0,24
MgO 50,93 35,81 14,82 19,74 51,28 35,25 15,22 20,94 18,02 35,15 13,13 21,81
CaO <0,05 0,26 20,36 5,06 <0,05 0,40 19,61 4,76 <0,05 0,21 17,05 3,74
Na2O <0,05 0,07 2,35 <0,05 <0,05 0,07 2,69 0,05 0,54 0,06 4,35 <0,05
K2O <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 0,06 <0,05 0,09 <0,05 <0,05 <0,05
NiO 0,32 0,08 <0,05 <0,05 <0,05 0,10 0,13 <0,05 <0,05 0,14 <0,05 <0,05
Сумма 100,40 100,62 99,89 99,80 100,09 99,97 99,72 101,05 99,98 99,51 99,76 100,67
Mg# 92,4 92,7 94,8 81,7 92,6 92,5 94,8 82,8 72,5 92,6 92,4 83,3
Cr# 16,1 21,6 8,1 17,0 23,7 6,1 34,9 5,92 5,2 1,1
Ca# 0,5 49,2 15,3 0,8 47,6 13,8 0,4 47,8 10,8
Образец 7-421 7-294 7-255
Порода Sp-Grt Ol вебстерит Grt Ol вебстерит Grt вебстерит
Минерал Ol Opx Cpx Grt Sp Ol Opx Cpx Grt Opx Cpx Grt
БЮ2 41,16 58,29 53,79 42,53 < 0,05 41,06 57,86 54,79 42,13 57,01 54,74 42,86
ТО2 <0,05 0,09 0,62 < 0,05 0,20 < 0,05 0,08 0,76 0,06 0,11 0,71 0,10
AkOз <0,05 1,06 4,48 21,73 42,77 < 0,05 0,97 6,05 22,05 0,92 6,64 23,28
Cr2Oз <0,05 0,32 1,86 2,42 25,69 < 0,05 0,18 1,21 0,95 0,09 0,43 0,41
FeO 6,62 5,00 1,46 7,79 11,13 6,95 4,75 1,75 8,26 5,83 2,21 9,46
MnO 0,06 0,13 0,07 0,37 0,11 0,07 0,06 0,02 0,26 0,09 0,04 0,29
MgO 53,43 35,97 14,97 20,97 19,66 51,43 35,53 13,48 21,38 36,04 13,88 21,12
CaO <0,05 0,16 20,23 4,88 <0,05 <0,05 0,21 18,21 3,63 0,21 17,95 3,93
Na2O <0,05 0,08 2,80 0,08 <0,05 <0,05 <0,05 3,99 0,83 <0,05 3,92 0,07
K2O <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 0,09 <0,05 <0,05 <0,05 0,16 <0,05 <0,05 <0,05
NiO <0,05 <0,05 0,08 0,11 <0,05 0,20 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 0,11
Сумма 101,79 101,26 100,44 100,95 99,95 100,26 99,78 100,32 99,99 100,43 100,56 101,67
Mg# 93,5 92,8 94,8 82,8 75,9 92,9 93,0 93,2 82,2 91,7 91,8 79,9
Cr# 16,6 21,8 7,0 28,7 10,8 11,8 2,8 6,4 4,2 1,2
Ca# 0,3 48,8 14,0 0,4 48,8 10,7 0,4 47,7 11,6
Образец 74-968 06-288
Порода Grt вебстерит Grt-Cpx ортопироксенит
Минерал Cpx Grt Opx Cpx Grt
БЮ2 55,92 41,91 57,44 55,09 42,55
TiO2 0,17 0,08 0,07 0,70 0,07
Al2Oз 8,46 23,25 1,34 5,87 22,23
Cr2Oз 0,20 0,19 0,32 1,86 1,89
FeO 2,72 13,71 5,20 1,98 8,56
MnO 0,03 0,29 0,05 0,05 0,29
MgO 11,76 18,36 35,30 12,95 20,76
CaO 15,34 3,47 0,20 17,87 4,19
Na2O 5,31 0,04 0,12 4,12 0,06
K2O <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05
NiO <0,05 <0,05 0,15 <0,05 <0,05
Сумма 99,97 101,35 100,21 100,52 100,65
Mg# 88,5 70,5 92,4 92,1 81,2
&# 1,6 0,5 13,8 17,5 5,4
Ca# 47,9 11,8 0,4 49,3 12,5
Примечание. Mg# = Mg/(Mg+FeV 100%; Cr# = Cr/(Cr+AlV 100%; Ca# = Ca/(Ca+MgV 100%.
Оливины из Grt, Sp-Grt лерцолитов магнезиальной серии из трубки «Обнаженная» характеризуются относительно узкими вариациями состава с величиной Mg# = 91,2-93,5 и содержанием NiO = 0,38-0,44 мас. %, что согласуется с литературными данными (Mg# = 91,6-93,6; NiO = 0,31-0,44 мас. %). Среди образцов из трубки «Обнаженная» более высокие значения Mg# при близких концентрациях NiO отмечаются для оливиновых
вебстеритов и вебстеритов по сравнению с лерцолитами (см. табл. 2). Оливины из ксенолитов трубки «Обнаженная» близки по химизму оливинам из зернистых лерцолитов трубки «Удачная» (Mg# = 91,7-93,7; NiO = 0,35-0,41 мас. %) и более магнезиальны, чем оливины в деформированных лерцолитах (Mg# = 86,6-92,5; NiO = 0,35-0,42 мас. %).
Ортопироксены из пород разной литологии в магнезиальной серии
трубки «Обнаженная» достаточно близки по химическому составу (см. табл. 2). Магнезиальность ортопироксе-нов (М§# = 90,7-93,0) близка к сосуществующими с ними оливинам, что совместно с петрографическими наблюдениями подтверждает их совместную кристаллизацию.
Ортопироксены из ОЛ, Бр-Ог! лер-цолитов содержат несколько более высокие концентрации АЬОз, СГ2О3 и близки по магнезиальности к вебстеритам и пи-роксенитам (см. табл. 2). По сравнению с ортопироксенами из зернистых ОЛ, Бр-Ог! перидотитов из трубки «Удачная» оливиновые вебстериты и лерцолиты из трубки «Обнаженная» при сопоставимых магнезиальности и содержанию ТЮ2, СГ2О3, СаО содержат существенно больше АЬОз. В ортопироксенах из деформированных лерцолитов трубки «Удачная» отмечаются существенно меньшие магнезиальность, содержания оксидов А1, Сг и более высокие содержания ТЮ2 и СаО.
Клинопироксены из Ог1, Бр-Ог! лерцолитов пород трубки «Обнаженная» характеризуются относительно высокими содержаниями СГ2О3, более низкими концентрациями ТЮ2 и Ыа2О, чем вебстериты (см. табл. 2). По сравнению клинопироксеном из зернистых и деформированных лерцолитов из трубки «Удачная» они отличаются существенно более высокими содержаниями Ыа2О (зернистые - 0,55-2,28, деформированные - 1,1-1,8 мас. %), АЬОз (зернистые - 0,91-2,96, деформированные - 1,1-1,34 мас. %) и являются более магнезиальными (зернистые - 91,6-95,8, деформированные - 87,8-92,1).
Гранаты из парагенезисов магнезиальной серии из трубки «Обнаженная» последовательно меняют свой состав в сторону уменьшения содержания СГ2О3, СаО и величины М§# от ОЛ, Бр-Ог! лер-цолитов к Ог! вебстеритам (см. табл. 2). На рис. 3 точки граната из Ог1, Бр-Ог! лерцолитов, оливиновых вебстеритов и частично Ог! вебстеритов совпадают с положением гранатов из лерцолитов
этой трубки по данным [14]. Гранаты из трубки «Обнаженная» находятся на диаграмме Соболева в области лерцолито-вого парагенезиса. Группа зернистых ОЛ, Бр-Ог! лерцолитов из трубки «Удачная» располагается на графике в области более высоких содержаний СаО и &2О3. Деформированные лерцолиты в поле лерцолитового парагенезиса образуют более широкий спектр составов (см. рис. 3). ОЛ-Бр и ОЛ лерцолиты из трубки «Обнаженная» по содержанию ТЮ2 (0,02-0,2 мас. %) и значению М§# (80,784,1) близки к ОЛ, Бр-Ог! зернистым лер-цолитам трубки «Удачная» (ТЮ2 = 0,020,14 мас. %; М§# = 79,9-83,9) и являются менее хромистыми («Обнаженная»: Сг2О3 = 0,95-3,7 мас. %; «Удачная»: Сг2О3 = 3,1-11,3 мас. %). Деформированные лерцолиты из трубки «Удачная» по сравнению с ОЛ-Бр и Ог! лерцолитами трубки «Обнаженная» отличаются более высокими содержаниями ТЮ2 (0,1-1,42 мас. %) и низкими значениями магнези-альности (76,8-84,5).
Геохимические особенности граната и клинопироксена
В табл. 3 приведено содержание несовместимых редких элементов в гранате и клинопироксене из исследованных ксенолитов магнезиальной серии трубки «Обнаженная». На рис. 4 приведены спайдердиаграммы содержания редких элементов, нормированного к хондриту С1 [9]. В целом кривые распределения для разных литологических типов пород магнезиальной серии из трубки «Обнаженная» подобны по форме и характеризуются узким диапазоном вариаций нормированных концентраций. Для гранатов отмечаются максимум по ЫЬ, незначительный максимум по 2г и ИГ, а также минимумы по Т и Бг. Распределение редкоземельных элементов в целом соответствует коэффициентам распределения элементов гранат - базальтовый расплав с постепенным увеличением от Ьа к УЬ, Ьи - так называемое нормальное распределение [1, 12, 14].
Рис. 3. Диаграмма содержаний Сг20з-Са0 в гранатах.
Трубка «Обнаженная»: 1 - лерцолиты; 2 - оливиновые вебстериты; 3 - вебстериты; 4 - литературные данные - гранатовые лерцолиты [14].
Трубка «Удачная»: 5 - зернистые лерцолиты [5, 8]; 6 - деформированные лерцолиты [1, 8, 10, 14]. Светло-серое поле: 8р-ОП и ОН лерцолиты - вебстериты из трубки «Обнаженная». Темно-серое поле: зернистые ОН лерцолиты из трубки «Удачная»
Таблица 3
Концентрации редких элементов в гранатах и клинопироксенах из пород магнезиальной серии трубки «Обнаженная»
Элемент 74-891 7-341 7-259 7-421 7-294
Grt Срх Grt Срх Grt Срх Grt Срх Grt Срх
Rb 7,71 2,09 6,10 2,10 6,31 2,73 7,55 2,04 8,28 2,06
Ba 0,07 0,13 0,03 0,34 0,10 0,15 0,12 0,14 1,21 0,23
№ 0,18 0,59 0,14 0,59 0,04 0,44 0,25 0,55 0,18 0,61
La 0,00 1,64 0,00 1,82 0,00 2,33 0,08 2,09 0,01 1,95
Ce 0,02 5,20 0,01 8,89 0,03 10,75 0,16 7,81 0,05 9,32
БГ 0,31 103,37 0,07 142,12 0,43 595,53 0,17 137,84 0,27 144,20
Ш 0,24 6,40 0,44 10,98 0,53 13,72 0,41 9,08 0,43 11,84
7г 16,52 18,01 12,18 19,21 22,41 34,64 19,58 18,61 10,74 21,33
ИГ 1,01 0,69 0,95 0,79 1,10 0,90 0,93 0,72 0,91 0,98
Бт 0,55 2,09 0,80 3,49 0,98 4,62 0,78 2,85 0,79 3,71
Ей 0,32 0,60 0,43 1,00 0,67 1,63 0,43 0,75 0,40 0,96
П 843,18 2296,70 584,01 2779,70 633,55 3039,11 638,29 3090,87 607,22 2935,58
Gd 1,63 2,06 2,26 2,41 2,31 3,38 1,99 1,73 1,87 2,70
Бу 2,91 0,82 3,38 1,05 3,85 1,42 3,31 0,89 3,15 1,23
У 20,90 2,63 23,16 2,75 27,16 3,99 21,16 2,94 22,09 3,57
Ег 2,81 0,23 2,98 0,23 3,58 0,38 2,71 0,32 2,76 0,26
УЬ 2,74 0,06 3,41 0,12 3,96 0,17 3,05 0,20 3,27 0,19
Элемент 7-255 74-968 06-288
Grt Cpx Grt Cpx Grt Cpx
Rb 10,93 2,67 13,87 4,94 8,56 2,76
Ba 11,26 0,85 0,10 0,25 0,20 2,89
Nb 0,12 0,02 0,04 0,12 0,51
La 0,01 2,57 0,01 0,88 0,01 1,55
Ce 0,07 14,29 0,02 2,78 0,07 13,92
Sr 0,43 285,43 0,31 96,46 0,31 279,23
Nd 0,64 23,42 0,20 2,90 0,60 24,33
Zr 27,72 38,35 9,80 11,39 12,44 34,20
Hf 2,30 1,53 1,03 0,47 0,83 2,18
Sm 1,54 8,27 0,49 1,17 1,10 6,28
Eu 0,82 2,24 0,34 0,40 0,60 1,63
Ti 776,54 3800,11 926,15 1131,04 565,42 3663,47
Gd 4,34 6,18 1,55 1,28 2,28 3,40
Dy 8,12 2,98 3,80 0,83 2,47 0,85
Y 52,80 9,24 33,94 3,47 14,07 1,11
Er 7,48 0,82 4,13 0,33 1,70 0,14
Yb 7,18 0,55 4,55 0,09 1,82
Рис. 4. Содержание редких и редкоземельных элементов в гранате и клинопироксене из ксенолитов в трубках «Обнаженная» и «Удачная», нормированное к хондриту С1 [9]:
1 - Sp - Grt, Grt лерцолиты (обр. 74-891, 7-341); 2 - Sp-Grt, Grt оливиновые вебстериты (обр. 7-294, 7-259, 7-421); 3 - Grt вебстерит (обр. 74-968); 4 - Grt ортопироксенит (обр. 06-288).
Серое поле - содержание редких элементов в гранате и клинопироксене из деформированных перидотитов трубки «Удачная» с нормальным распределением РЗЭ в гранате [1, 10].
Пунктирные линии - состав граната и клинопироксена из зернистых лерцолитов трубки «Удачная» [5]
Распределение редких элементов в гранатах из деформированных лерцолитов трубки «Удачная» (серое поле) в целом подобно распределению в выделенной серии из трубки «Обнаженная» за исключением максимума по Ti. Также следует отметить несколько более высокие концентрации элементов группы HFSE и LREE, и более низкие - HREE. Гранаты из Sp-Grt, Grt зернистых лерцо-литов трубки «Удачная» (пунктирные линии) демонстрируют широкие вариации значений и более низкие концентрации и по форме кривых значительно отличаются от гранатов из трубки «Обнаженная» и из деформированных перидотитов трубки «Удачная». Часть гранатов из зернистых перидотитов показывают так называемую синусоидальную форму кривых для REE (пониженные концентрации Gd-Er), что обычно объясняется метасоматическим воздействием [10]. На кривых распределения клинопи-роксена для выделенной серии из трубки «Обнаженная» наблюдаются небольшой максимум по Sr+Nd, а также минимумы Zr+Hf, Ti.
Поле для клинопироксенов из деформированных лерцолитов также в целом совпадает с клинопироксенами из трубки «Обнаженная» (см. рис. 4). Cpx из пород трубки «Обнаженная» имеют несколько более высокие концентрации MREE (Nd, Sm, Eu). Кривые распределения редких элементов для клинопи-роксенов из зернистых лерцолитов трубки «Удачная» демонстрируют широкий разброс значений от очень низких нормированных содержаний до сопоставимых значений для Cpx из пород трубки «Обнаженная» и деформированных перидотитов из трубки «Удачная»
Расчет Р-Т-условий кристаллизации
Для представительных образцов из трубки «Обнаженная» был проведен расчет Р-Т-условий кристаллизации, результаты которого представлены на рис. 5. Для расчетов использовались 2-Px термометр Taylor [15] и Opx-Grt барометр Nickel, Green [11], которые были
приняты для ксенолитов из трубки «Обнаженная» в работе [14]. Породы серии лерцолит-вебстерит из трубки «Обнаженная» демонстрируют относительно низкие Р-Г-параметры: T = 535-764°C; P = 12,8-27,4 кбар (см. табл. 1). Литературные оценки Р-Г-параметров кристаллизации для гранатовых лерцолитов из трубки «Обнаженная» [14] в целом близки к нашим данным: T = 620-731°C; P = 13,5-25,2 кбар (см рис. 5). При этом все образцы из трубки «Обнаженная» находятся в области устойчивости графита. Рассчитанные значения для зернистых лерцолитов из трубки «Удачная» имеют большой диапазон значений (T = 640-1150°C; P = 23-55 кбар), при этом они частично располагаются в области устойчивости алмаза [5, 8]. Наиболее высокие Р-Г-параметры показывают деформированные лерцолиты из трубки «Удачная» [1, 10, 14], при этом большая часть точек лежат выше расчетной геотермы 40 mW/m2.
Обсуждение результатов
При рассмотрении группы пород гранатовых и гранат-шпинелевых лерцо-лит-вебстеритов из трубки «Обнаженная» было показано, что они образуют непрерывный ряд по модальному минеральному составу с постепенным увеличением содержания граната и клинопи-роксена.
На основании петрографических характеристик можно сделать вывод, что изученные лерцолиты представляют собой группу пород со следующей последовательностью образования минералов: оливин - ортопироксен - клинопи-роксен, что в целом соответствует последовательности магматической кристаллизационной дифференциации, причем породы формировались как в гранатовой, так и в шпинелевой зоне. Наличие выделений сульфидов в виде глобулей, давленых капель, их взаимоотношения с гранатом и пироксеном свидетельствует о ликвации сульфидной жидкости при достаточно высокой температуре. Некоторая часть пород затем была изменена метасоматическими процессами, о чем
Рис. 5. Р-Т-значения для ксенолитов из трубок «Удачная» и «Обнаженная».
Трубка «Обнаженная»: 1 - лерцолиты; 2 - оливиновые вебстериты; 3 - вебстериты; 4 - гранатовые лерцолиты по [14].
Трубка «Удачная»: 5 - зернистые лерцолиты - рассчитано по данным [5, 8]; 6 - деформированные лерцолиты - рассчитано по данным [1, 8, 10, 14].
Толстая сплошная линия вверху - геотерма для трубки «Обнаженная»; толстая сплошная линия внизу - геотерма для трубки «Удачная». Линии геотерм и поля - по [14]
свидетельствует развитие флогопита и амфибола по пироксену, а также в виде секущих прожилков.
Выделенная группа ультраосновных парагенезисов из трубки «Обнаженная» значительно отличается по химическому и минералогическому составу от аналогичных пород из трубки «Удачная» - крупнозернистых и деформированных лерцолитов.
При сравнении наших образцов с зернистыми лерцолитами из трубки «Удачная» можно отметить следующие особенности: оливин, ортопироксен и гранат ОЛ, Бр-Ог! лерцолитов магнезиальной серии из трубки «Обнаженная» близки по значению М§# и содержанию
ТЮ2 (Орх, ОЛ) к соответствующим минералам из зернистых перидотитов трубки «Удачная». Однако образцы из трубки «Обнаженная» резко отличаются более высокими концентрациями и формой распределения несовместимых редких элементов и более низкими Р-Т-па-раметрами кристаллизации минералов.
При сравнении Ог% Бр-Ог! лерцоли-тов - оливиновых вебстеритов из трубки «Обнаженная» с деформированными перидотитами также отмечаются сходства и различия. Деформированные высокотемпературные перидотиты из трубки «Удачная» подобны нашим образцам из трубки «Обнаженная» как по содержанию, так и по форме распределения
несовместимых редких элементов (за исключением минимума по Ti для перидотитов из трубки «Обнаженная») (см. рис. 4). Нормальное распределение редкоземельных элементов в гранатах согласуется с предположением о равновесии тех и других пород с расплавами. С другой стороны, есть и существенные геохимические различия между гранатом и кли-нопироксеном из этих двух типов пород. Например, для всех минералов из трубки «Обнаженная» отмечаются более высокие значения Mg#, хотя оценки Р-Т-па-раметров кристаллизации позволяют относить формирование деформированных ксенолитов к глубинам 150-200 км (зона стабильности алмаза).
Для мантийных ксенолитов из трубки «Удачная» большинство исследователей применяют традиционную гипотезу первичного реститового прото-лита как остатка от высокой степени плавления примитивной мантии и его последующей модификации под влиянием мантийных метасоматических процессов [7, 10, 12, 14]. Предполагается, что зернистые лерцолиты из трубки «Удачная» представляют собой прото-лит мантийной литосферы в центре Сибирского кратона, возникший как гарц-бургитовый остаток при 38%-м полибарическом плавлении в интервале давлений от 7 до 4 GPa. [7]. Затем произошло метасоматическое преобразование гарц-бургитового протолита вследствие воздействия на него силикатных и богатых карбонатом расплавов незадолго до развития кимберлитового магматизма. Дж. Ховарт c соавторами [14] предложили 4-стадийную схему метасоматического преобразования вещества мантийной литосферы Сибирского кратона, которое связывается с воздействием плюма (с 360 до 160 млн лет). Два первых этапа проявлены в ксенолитах из трубки «Удачная». Данные авторы предполагают, что с началом подъема плюма проявился метасоматизм (при 950-1100°С), который привел к рефертилизации ре-ститовых лерцолитов и гарцбургитов. Его воздействие отразилось в увеличе-
нии содержания СаО в гранатах и модального содержания клинопироксена. Второй стадией авторы считают дотрапповый высокотемпературный (<1200°С) кимберлитовый метасоматизм, связанный с расплавами от низких степеней парциального плавления лито-сферной мантии. Данный метасоматизм отразился в изменении состава гранатов (уменьшении содержания CaO-Cr2Ü3 и изменении содержания REE - обогащение LREE).
Окончательные стадии метасоматизма, связанного с воздействием плюма, Дж. Ховарт c соавторами [14] рассматривают на материале перидотитов из кимберлитовой трубки «Обнаженная». По мнению данных авторов, одновременно с излиянием Сибирских плато-базальтов (250 млн лет) происходил интенсивный метасоматизм с образованием крупнозернистых лерцолитов с высоким содержанием незонального граната и клинопироксена, а также отслаивание нижней части литосферы (приблизительно 50-70 км) в районе Куойкского кимберлитового поля. Последняя стадия отвечает затуханию активности плюма (170-160 млн лет) и действию кимберли-товых флюидов. В контексте модели Дж. Ховарта и соавторов [14] наиболее убедительным является влияние расплавов плюмового происхождения в низах мантийной литосферы Сибирского кратона на формирование деформированных и частично деформированных перидотитов из трубки «Удачная» [1]. Данные по вещественному составу пород и минералов зернистых перидотитов из трубки «Удачная» в целом не противоречат гипотезе их происхождения как остатков от высокой степени плавления первичной мантии, в дальнейшем переработанной метасоматическими процессами [7, 14].
Химический состав минералов из ксенолитов трубки «Обнаженная» отличается и от деформированных, и от зернистых лерцолитов из трубки «Удачная», это не позволяет нам предположить, что изученная группа пород
имеет реститовое происхождение. Однако по распределению редких элементов в минералах наши ксенолиты близки к деформированным ксенолитам. Возможно, это свидетельствует о происхождении из единого источника.
Выводы
По петрографическим особенностям, модальному минеральному составу, химизму минералов и геохимическим особенностям граната и клинопи-роксена породы магнезиальной серии из кимберлитовой трубки «Обнаженная» (Куойкское поле, северо-восток Сибирского кратона) показывают непрерывные переходы от лерцолитовых к пи-роксенитовым парагенезисам.
Сопоставление химизма минералов и геохимии граната и клинопи-роксена из Sp-Grt, Grt лерцолитов и оли-виновых вебстеритов из магнезиальной группы ксенолитов в трубке «Обнаженная» с соответствующими характеристиками ксенолитов перидотитовых серий из трубки «Удачная» показывает существенные различия в составе главных минералов из ксенолитов обеих трубок. По Р-Г-характеристикам породы магнезиальной перидотит-пироксенитовой серии из трубки «Обнаженная» располагаются на геотерме значительно выше зернистых и деформированных перидотитов из трубки «Удачная».
Распределение несовместимых редких элементов в гранате и клинопи-роксене из Sp-Grt, Grt лерцолитов и оли-виновых вебстеритов из магнезиальной серии трубки «Обнаженная» за некоторыми отличиями сходно с распределением в этих минералах из высокотемпературных деформированных лерцолитов из трубки «Удачная» с нормальным распределением РЗЭ в гранате.
Библиографический список
1. Генетическая связь деформированных перидотитов и мегакристов граната из кимберлитов с астеносфер-ными расплавами / Л.В. Соловьева, Ю.Г. Лаврентьев, К.Н. Егоров [и др.] //
Геология и геофизика. 2008. Т. 49. № 4. С. 281-301.
2. Кимберлиты и кимберлитопо-добные породы: вещество верхней мантии под древними платформами / Л.В. Соловьева, Б.М. Владимиров, Л.В. Днепровская [и др.]. Новосибирск: Наука, 1994. 256 с.
3. О происхождении мегакристов граната из кимберлитов / С.И. Костро-вицкий, Н.В. Алымова, Д.А. Яковлев, Л.В. Соловьева, М.А. Горнова // Доклады Академии наук. 2008. Т. 420. № 2. С. 225-230.
4. Определение U-Pb возрастов перовскитов из якутских кимберлитов ионно-ионным масс-спектрометриче-ским (SHRIMP) методом / П.Д. Кинни, Б.Дж. Гриффин, Л.М. Хеамен, Ф.Ф. Брахфогель, З.В. Специус // Геология и геофизика. 1997. Т. 38. № 1. С. 91-99.
5. Соловьева Л.В. Проработка мантийной литосферы Сибирского кра-тона восстановленными флюидами в среднепалеозойском кимберлитовом цикле - геохимические следствия // Доклады Академии наук. 2007. Т. 412. № 6. С. 804-809.
6. Уханов А.В, Рябчиков И.Д., Харькив А.Д. Литосферная мантия Якутской кимберлитовой провинции. М.: Наука, 1988. 286 с.
7. Doucet L.S., Ionov D.A., Golovin A.V. The origin of coarse garnet perido-tites in cratonic lithosphere: new data on xenoliths from the Udachnaya kimberlite, Central Siberia // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2013. V. 165. P.1225-1242.
8. Ionov D.A., Doucet L. S., Ash-chepkov I.V. Composition of the litho-spheric mantle in the Siberian Craton: new constraints from fresh peridotites in the Udachnaya-East Kimberlite // Journal of petrology. 2010. V. 51. I. 2. P. 2177-2210.
9. McDonough W.F., Sun S.S. The composition of the Earth // Chemical Geology. 1995. V. 120. P. 223-253.
10. Metasomatism in lithospheric mantle roots: Constraints from whole-rock
and mineral chemical composition of deformed peridotite xenoliths from kimber-lite pipe Udachnaya / A.M. Agashev, D.A. Ionov, N.P. Pokhilenko, A.V. Golovin, Yu. Cherepanova, I.S. Sharygin // Lithos. 2013. V. 160-161. P. 201-215.
11. Nickel K G., Green D.H. Empirical geothermobarometry for garnet peri-dotites and implications for the nature of the lithosphere, kimberlites and diamonds // Earth Planetary Science Letters. 1985. V. 73. P. 158-170.
12. Plume impingement on the Siberian SCLM: Evidence from Re-Os isotope systematics / J.F. Pernet-Fisher, G.H. Howarth, D.G. Pearson [et al] // Lithos. 2015. V. 218-219. P. 141-154.
13. Repeated kimberlite magmatism beneath Yakutia and its relationship to Siberian flood volcanism: Insights from in situ U-Pb and Sr-Nd perovskite isotope
analysis / Sun Jing, Liu Chuan-Zhou, S. Tappe, S. Kostrovitsky, Fu-Yuan Wu, D. Yakovlev // Earth and Planetary Science Letters. 2014. V. 404. P. 283-295.
14. Superplume metasomatism: Evidence from Siberian mantle xenoliths / G.H. Howarth, PH. Barry, J.F. Pernet -Fisher, I.P. Baziotis, N.P. Pokhilenko, L. N. Pokhilenko, R.J. Bodnar, LA Taylor., A.M. Agashev // Lithos. 2014. V. 184-187. P. 209-224.
15. Taylor W.R. An experimental test of some geothermometer and geo-barometer formulations for upper mantle peridotites with application to the thermo-barometry of fertile lherzolite and garnet webstertite // Neues Jahrbuch für Mineralogie Abhandlungen. 1998. V. 172. P. 381-408.
Статья поступила 25.11.2015 г.
