научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ПИРОПА В КИМБЕРЛИТОВОМ СУБСТРАТЕ ПРИ ВЫСОКИХ P-T ПАРАМЕТРАХ Геология

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ПИРОПА В КИМБЕРЛИТОВОМ СУБСТРАТЕ ПРИ ВЫСОКИХ P-T ПАРАМЕТРАХ»

ГЕОХИМИЯ, 2015, № 1, с. 83-87

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ПИРОПА В КИМБЕРЛИТОВОМ СУБСТРАТЕ

ПРИ ВЫСОКИХ P-T ПАРАМЕТРАХ © 2015 г. А. А. Чепуров, А. И. Туркин

Институт геологии и минералогии Сибирского отделения РАН 630090, Новосибирск, просп. акад. Коптюга 3, e-mail: achepurov@igm.nsc.ru Поступила в редакцию 06.07.2013 г. Принята к печати 07.11.2013 г.

Ключевые слова: гранат, пироп, реакционная кайма, кимберлит, высокое давление и высокая температура.

DOI: 10.7868/S0016752514110028

1. ВВЕДЕНИЕ

Магнезиальный гранат (пироп) является типичным индикаторным минералом кимберлитов и несет важную информацию об условиях формирования мантийных парагенезисов. Первое обобщение парагенетических типов гранатов из кимберлитов и перидотитов показало характерную особенность состава наиболее глубинных пиропов, которая выражалась в повышенном содержании хрома и пониженном — кальция [1]. Позднее соотношение кальция и хрома в мантийных гранатах послужило основой одного из важнейших на сегодняшний день минералогических критериев алмазоносности кимберлитов [2].

Многочисленные экспериментальные исследования по равновесной кристаллизации гранат-содержащих ассоциаций в модельных системах, проведенные за последние десятилетия, позволяют петрологам уверенно использовать гранат при классификации природного материала и геотер-мобарометрических построениях [3—7]. В то же время, ряд признаков, характеризующих ростовую и постростовую историю мантийных гранатов пока не нашли однозначной трактовки. В частности, к ним можно отнести нередко проявляющуюся келифитизацию и зональность химического состава. Эти признаки делают актуальным вопрос об условиях сохранения пироповых гранатов при движении к поверхности Земли и процессах взаимодействия с транспортирующим их материалом.

Представленная работа посвящена экспериментальному исследованию изменения мегакри-стов пиропа в кимберлитовом субстрате при фиксированных Р-Т параметрах, соответствующих глубинному этапу выноса минерального вещества. Условиями экспериментов (давление 4 ГПа и температура 1200—1400°С) предполагалось смо-

делировать взаимодействие пиропа с кимберлитом на этапе выноса пиропов из очага их местоположения в верхней мантии Земли на поверхность при прохождении кимберлитом зоны порядка 120 км (выше зоны пиропов, ассоциирующих с алмазами, но гипсометрически ниже зоны начала разложения граната). При этом учитывается, что в кимберлитовом субстрате содержится существенное количество СаО. Зональность природных гранатов, ассоциирующих с алмазами, достаточно широко обсуждается, и требуются дополнительные исследования. Нами изучался вопрос: какая зональность на гранате может появиться при взаимодействии пиропа с кимберли-товым субстратом на этапе выноса гранатов на первоначальном глубинном (~120 км) этапе.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная часть исследования выполнена на многопуансонном аппарате "разрезная сфера" (БАРС-300) при давлении 4.0 ГПа в интервале температур 1200—1400°С. Длительность опытов — от 1 до 22 ч (табл. 1). Рабочая ячейка — тело кубической формы, изготовленное из смеси тугоплавких оксидов на основе ZrO2, с цилиндрическим графитовым нагревателем, имеющим внутренний диаметр 10 мм и высоту 13 мм. Более детально методика проведения экспериментов изложена в работах [8—11].

Исходный материал для опытов — образцы кимберлита из трубок Якутии Нюрбинская (Н-1) и Удачная (УД-04-138). Химический состав, мас. %: 8Ю2 - 32.08 и 25.26; 1Ю2 - 0.47 и 1.82; А1203 - 3.71 и 2.97; Сг203 - 0.00 и 0.00; Fe0 + Fe203 - 6.91 и 11.47; МпО - 0.14 и 0.17; М§0 - 31.05 и 28.75; СаО - 7.63 и 13.95; Ш20 - 0.47 и 2.43; К20 - 1.74 и 1.21; Р205 - 0.31 и 0.54; ппп - 16.18 и 11.77; сум-

83

6*

84

ЧЕПУРОВ, ТУРКИН

Таблица 1. Условия экспериментов по взаимодействию пиропового граната с кимберлитом при Р = 4 ГПа

Опыт Образец кимберлита Т, °C Время, ч

4-75-11 УД-04-138 1400 2.5

4-74-11 Тот же 1400 2

4-55-11 Н-1 1200 12

4-43-11 (Pt)* Тот же 1400 1

4-17-11 Тот же 1300 22

* Образец в платиновой ампуле.

ма — 100.68 и 100.34, соответственно. Образцы были предварительно измельчены в шаровой мельнице до фракции около 5 мкм и представляли собой однородную тонкозернистую массу серого цвета. Исходный гранат — природный пироп из ксенолита гранатового перидотита, найденного в кимберлите из трубки Удачная (Якутия). Зерна размером 0.5—3 мм имели типичную для ким-берлитовых пиропов округлую форму, шероховатую поверхность и темный пурпурно-красный цвет. Ростовые грани отсутствовали. Химический состав приведен в табл. 2. При сборке опыта кимберлитовый порошок спрессовывали в цилиндр диаметром 5 мм с зернами граната (размером до 2 мм) в центральной части. Цилиндр в герметичной Pt-ампуле, либо без нее, изолировали от стенок нагревателя прессованной оболочкой из оксида магния.

Анализ исходного материала — кимберлитов и граната проведен методом РФА. Продукты экспериментов исследовали с помощью оптических микроскопов МС-2-Zoom и МБИ-15. Микрофотографирование образцов сделано под микроскопом МБС-10 с фотонасадкой МФУ и фотокамерой Canon EOS 1000. Анализ состава фаз выпол-

I

MgO

Рис. 1. Образец из опыта № 4-75-11. Видна вскрытая часть зерна исходного пиропа, находящаяся в массе кимберлита и оболочка из MgO.

нен на сканирующем электронном микроскопе MIRA LMU.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

Условия и результаты экспериментов приведены в табл. 1. Ранее было показано, что при Р = 4 ГПа и Т = 1300°C и выше кимберлит Н-1 плавится [12]. При закалке происходит быстрая раскристалли-зация расплава с возникновением тонкозернистой массы кристаллов и дендритной текстуры образца. Закалочная масса состоит в основном из смеси оливина, флогопита и карбоната. Сходный облик имели и продукты наших опытов.

Характерный внешний вид образцов показан на примере материала, извлеченного после опыта № 4-75-11 из рабочего объема нагревателя (рис. 1). На контакте кимберлита и внешней оболочки из оксида магния прослеживается реакционная зона темно-зеленого цвета шириной около 0.3 мм. Основная масса кимберлита перекристаллизовалась с увеличением размера зерен до 30—100 мкм, среди которых методом сканирующей электронной микроскопии диагностированы оливин, гранат, шпинель, перовскит, рутил и карбонат. Количественно преобладающая фаза — оливин. Часто встречаются взаимные включения оливина и граната, одного в другом (рис. 2). Содержание Cr2O3 в шпинели варьирует в пределах 2.2—19.4 мас. %. Количество TiO2 в перовските и рутиле — 55 и 87.5 мас. %, соответственно.

Крупное зерно размещенного в кимберлите граната практически не изменилось и сохранило свою первоначальную морфологию, цвет и химический состав. При этом, зерно граната осталось на исходной позиции в массе кимберлита, не ис-

40 мкм i_i

Рис. 2. Новообразованный кристалл оливина в основной массе кимберлита с включениями граната.

Таблица 2. Химический состав исходного пиропа и гранатов после опытов

и о X К

£

Опыт

£ £

Компонент, Исходный

минал гранат СП 1/4 ■4 1/4 1/4 С4 1/4 4 1/4 1/4

Ч")

1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3

8Ю2 42.69 40.05 42.49 41.20 42.91 41.66 41.14 41.18 41.44 39.24 40.64 40.83 39.72 39.62 39.36

ТЮ2 0.35 0.23 0.30 0.78 0.04 0.50 0.93 0.60 0.93 1.38 1.61 0.99 2.05 2.05 2.19

А12о3 21.48 19.99 18.40 20.26 21.67 20.96 20.31 19.90 19.58 19.69 18.88 20.68 17.97 17.97 18.12

Сг203 2.10 0.00 0.00 3.52 2.90 2.42 2.76 3.95 3.41 1.18 1.26 2.24 3.02 3.00 3.10

МБО 21.55 8.74 9.44 21.13 23.12 21.79 21.21 21.41 21.16 14.30 14.72 14.82 14.21 14.21 13.95

СаО 4.25 24.29 22.76 4.80 3.70 4.60 4.91 4.59 5.39 17.22 17.54 17.12 17.46 17.36 17.56

МпО 0.30 0.17 0.23 0.40 0.06 0.36 0.50 0.32 0.34 0.26 0.00 0.00 0.00 0.00 0.18

БеО (общ.) 6.85 5.38 5.17 7.51 5.39 7.71 7.71 7.32 7.65 6.05 3.92 3.32 3.90 3.90 4.04

Сумма 99.57 98.85 98.79 99.60 99.79 100.00 99.47 99.27 99.90 99.32 98.57 100.00 98.33 98.11 98.50

И-гроссуляр 0.98 0.73 1.04 2.20 0.11 1.41 2.68 1.70 2.71 4.30 5.21 2.85 6.54 6.55 6.92

Спессартин 0.63 0.41 0.60 0.85 0.12 0.76 1.08 0.68 0.74 0.61 0.00 0.00 0.00 0.00 0.43

Уваровит 6.15 - - 10.44 8.24 7.19 8.35 10.64 10.46 3.86 4.29 6.77 10.13 10.07 10.30

Альмандин 14.16 12.73 13.29 15.70 10.80 16.15 16.46 15.36 16.55 13.97 9.40 7.08 9.23 9.23 9.46

Гроссуляр 4.12 72.91 73.93 0.22 1.15 3.74 2.40 - 1.76 42.79 44.40 37.15 36.25 36.03 35.47

Кноррингит - - - - - - - 1.11 - - - - - - -

Пироп 73.96 13.22 11.14 70.59 79.59 70.74 69.03 70.52 67.77 34.46 36.71 46.15 37.85 38.12 37.43

Примечание. 1 — основная масса кимберлита, 2 — остаточные зерна исходного пиропа, 3 — реакционная кайма по остаточному пиропу.

оо

86

ЧЕПУРОВ, ТУРКИН

40 мкм

I_I

Рис. 3. Край зерна пиропа, участок реакционной каймы и основная масса кимберлита. Гранат 1 — остаточное зерно исходного пиропа, Гранат 2 — новообразованный гранат в реакционной кайме.

пытав заметных вертикальных перемещений (рис. 1). Ранее нами было показано [13], что зерна минералов (и в том числе пиропа) испытывают гравитационную отсадку в расплаве кимберлита в течение короткого времени эксперимента. В данных опытах такого явления мы не наблюдали, вероятно, по причине крупного размера зерен граната для данного реакционного объема ячейки. Вдоль поверхности зерна граната обнаружена тонкая реакционная кайма шириной до 50 мкм (рис. 3), в которой идентифицированы гранат, а также в подчиненном количестве оливин и шпинель. Аналогичная картина фазового взаимодействия наблюдалась во всех опытах, в том числе, и в проведенном с образцом в герметичной Р1-ам-пуле. Каких-либо отличительных особенностей состава гранатов из этого опыта не установлено. Химический состав изученных гранатов приведен в табл. 2, на рис. 4 показано соотношение компонентов в треугольнике CaO—MgO—FeO.

4. ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенные эксперименты показали, что в системе, соответствующей по количественному соотношению основных петрогенных компонентов природным кимберлитам, при давлении 4 ГПа и температуре 1400°С происходит кристаллизация гранатов с содержанием СаО 22—24 мас. % (свыше 70% молекулы Са3А128130

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»