WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОГИИ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ ОБРАЗОВАНИЯ КАРБОНАТНО-СИЛИКАТНЫХ ПОРОД КОКЧЕТАВСКОГО МАССИВА ...»

На правах рукописи

МИХНО Анастасия Олеговна

ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛОГИИ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ

ОБРАЗОВАНИЯ КАРБОНАТНО-СИЛИКАТНЫХ ПОРОД

КОКЧЕТАВСКОГО МАССИВА

25.00.05 – минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геологоминералогических наук

Новосибирск – 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геологии и минералогии имени В.С.

Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук (ИГМ СО РАН).

Научный руководитель:

Корсаков Андрей Викторович, доктор геологоминералогических наук, ведущий научный сотрудник Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

Официальные оппоненты:

Добрецов Николай Леонтьевич, академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.

Трофимука СО РАН Сафонов Олег Геннадьевич, доктор геологоминералогических наук, заведующий лабораторией Института экспериментальной минералогии РАН

Ведущая организация:



Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук

Защита состоится «2» октября 2015 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.067.02, созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук, в конференц-зале.

Адрес: 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга 3 Факс: (383) 333-27-92, e-mail: gaskova@igm.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан «15» августа 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.г.-м.н. О.Л. Гаськова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Метаморфические породы сверхвысоких давлений являются уникальными для изучения процессов, протекающих в субдукционно-коллизионных обстановках на глубинах до 200 км (Sobolev & Shatsky, 1990; Dobretsov et al.,1995;

Shatsky et al., 1995; Chopin & Sobolev, 1995; De Corte et al., 1998, 2000;

Ogasawara et al., 2000, 2002; Katayama et al., 2000, 2002; Massonne, 2003, 2011; Добрецов, 2003; Добрецов и др., 2006; Korsakov et al., 2004;

2011; Korsakov & Hermann, 2006; Hermann et al., 2006; Schertl & Sobolev, 2013). Среди метаморфических пород сверхвысоких давлений особое место занимают породы Кокчетавского массива КумдыКольского блока, так как они являются наиболее глубоко субдуцированными (Р = 6-7 ГПа, T=1000-1100 °С) породами континентальной коры (Ogasawara et al., 2000; Massonne, 2003; 2011;

Mikhno & Korsakov, 2013). Высокие содержания алмаза (до 3000 карат/тонна) наряду с контрастной алмазоносностью давно привлекли внимание петрологов к карбонатно-силикатным породам Кокчетавского массива (Sobolev & Shatsky, 1990; Dobrzhinetskaya et al., 1994; Shatsky et al., 1995; De Corte et al., 1998; Лаврова и др., 1999;

Шацкий и др., 2006; Ситникова и Шацкий, 2009). Исследования изотопного состава азота и углерода в алмазах, а также кислорода в гранатах и пироксенах свидетельствуют о коровом происхождении карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива (De Corte et al., 1998; Cartigny et al., 2001; Sobolev et al., 2011, Imamura et al., 2013;

Shirey et al., 2013, Schertl & Sobolev, 2013). В работах (Korsakov et al., 2004; Korsakov & Hermann, 2006, Шацкий и др., 2006) было высказано предположение, согласно которому карбонатно-силикатные породы c калийсодержащим клинопироксеном, являются продуктом взаимодействия карбонатных пород с высококалиевым флюидом/расплавом. Однако, Перчуком с соавторами (Перчук и др., 1996, Перчук и Япаскурт, 1998) и Сумино с соавторами (Sumino & Dobrzhinetskaya 2010, Simino et al., 2011) предполагается, что карбонатно-силикатные породы Кокчетавского массива имеют мантийное происхождение. Таким образом, на данный момент не существует единого мнения относительно образования карбонатносиликатных пород Кокчетавского массива, а также, относительно источника флюида/расплава, принимавших участие в формировании этих пород.

Объектами исследования являются карбонатно-силикатные породы метаморфизма сверхвысоких давлений Кокчетавского массива (месторождение Кумды-Коль).

Целью работы является реконструкция метаморфической истории карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1) Выявление минералого-петрографических особенностей карбонатно-силикатных пород.

2) Изучение химического состава акцессорных и породообразующих минералов карбонатно-силикатных пород.

3) Исследование пространственного распределения флюидных и полифазных твердофазных включений в гранате и клинопироксене.

4) Определение фазового и химического состава включений минералообразующей среды.

5) Реконструкция условий образования карбонатно-силикатных пород.

Фактический материал и методы исследования. В работе была использована коллекция образцов карбонатно-силикатных пород, состоящая из 28 образцов. Коллекция образцов была частично собрана автором в результате полевых работ (2011 и 2014 год) и частично предоставлена д.г.-м.н. А.В. Корсаковым. Автором было изготовлено и просмотрено 100 шлифов и 70 препаратов для исследований флюидных и расплавных включений. Проведено 60 термометрических и криометричеких опытов с расплавными и флюидными включениями.

Выполнено 3000 микрозондовых анализов и анализов на сканирующем электронном микроскопе породообразующих минералов и акцессорных минералов, рассчитаны P-T параметры образования карбонатно-силикатных пород. Получено 200 изображений в отраженных электронах. Методом КР-спектроскопии получено и расшифровано 150 индивидуальных КР-спектров породообразующих минералов и минералов-включений. Получено 20 КР-карт флюидных и твердофазных включений минералов.





Защищаемые положения.

1) В клинопироксенах из карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива зафиксирована прогрессивная зональность по содержанию K2O. Кристаллизация клинопироксена с содержанием K2O изменяющимся от 0.3 мас.% в центре до 0.64 мас.% в краевой части ядер клинопироксена началась при T = 960 °C и P = 5.5 ГПа и продолжалось до 1100 °C и P 7.3 ГПа. Формирование этого клинопироксена произошло на заключительном этапе прогрессивной стадии метаморфизма карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива.

2) В составе продуктов раскристаллизации расплавных включений в порфиробластах клинопироксена карбонатно-силикатной породы Кокчетавского массива был обнаружен калиевый кимрит (KAlSi3O8*H2O) в одной ассоциации с кокчетавитом (KAlSi3O8).

Сосуществование калиевого кимрита и кокчетавита в полифазных включениях указывает на то, что формирование кокчетавита во включениях происходило путем дегидратации калиевого кимрита при P 4.5 ГПа.

3) Находки включений пирротина, пирита и халькопирита в центральных зонах порфиробластов граната и калийсодержащего клинопироксена с ненарушенными ламелями калиевого полевого шпата указывают на то, что сульфидные минералы являются равноправными членами высокобарических ассоциаций в карбонатносиликатных породах Кокчетавского массива в условиях близких к пику метаморфизма Научная новизна. Впервые в породах сверхвысоких давлений Кокчетавского массива были выявлены включения клинопироксена с прогрессивной зональностью по K2O. Эти находки позволили реконструировать заключительный этап прогрессивной стадии метаморфизма для пород алмаз-пироповой субфации метаморфизма.

Наличие прогрессивного этапа в формировании карбонатносиликатных пород позволяет однозначно исключить гипотезу их мантийного происхождения. Калиевый кимрит, ранее известный лишь в качестве продукта высокобарических экспериментов, был впервые идентифицирован в природных объектах, а именно в полифазных включениях в порфиробластах клинопироксена карбонатносиликатных пород Кокчетавского массива. Находки калиевого кимрита (KAlSi3O8*H2O) в одной ассоциации с кокчетавитом (KAlSi3O8), свидетельствует о том, что кокчетавит образуется путем дегидратации калиевого кимрита. Ранее этот механизм образования кокчетавита был предложен Хвангом с соавторами (Hwang et al., 2005), но отвергнут в пользу его метастабильной кристаллизации. Состав расплава, реконструированный по вторичным включениям в трещине, является карбонатитовым (SiO218%, MgO 7.5%, CaO 41%, CO2 32%). Впервые было продемонстрировано, что сульфидный расплав существовал в условиях близких к пику метаморфизма в карбонатносиликатных породах Кокчетавского массива.

Практическая значимость работы. Результаты данного диссертационного исследования могут послужить основой для построения геодинамических моделей субдукционно-коллизионных зон. Выявление природного калиевого кимрита в карбонатносиликатных породах Кокчетавского массива может способствовать утверждению нового минерального вида.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи в ведущих российских и зарубежных журналах, рекомендованных ВАК. Результаты работы были также представлены автором на российских и международных конференциях, включая 9-11 Международные Эклогитовые Конференции (Марианские Лазни, Чехия, 2011; Курмайор, Италия, 2013; Рио-Сан-Жуан, Доминиканская Республика, 2015), X Геораман (Нанси, Франция, 2012), Международные конференции по текущим исследованиям флюидных включений в Азии «ACROFI III и ACROFI IV» (Новосибирск, 2010;

Брисбен, Австралия, 2012) и Европе «XXI ECROFI» (Анталия, Турция, 2013), 6 Международную и 7 Сибирскую Конференции (Новосибирск 2012, 2014) и Всероссийскую Конференцию по термобарогеохимии (Москва, 2012).

Структура и объем работы. Квалификационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения общим объемом 134 страницы и сопровождается 49 рисунками и 19 таблицами. Список литературы состоит из 151 наименования.

Благодарности. Исследования по данной теме проводятся с 2008 г.

в лаборатории минералов высоких давлений и алмазных месторождений ИГМ СО РАН под руководством д.г.-м.н. Корсакова А.В., которому автор выражает глубокую признательность за поддержку и внимание на всех этапах работы. Автор выражает особую благодарность академику Соболеву Н.В., академику Добрецову Н.Л., академику Похиленко Н.П. и член-корреспонденту СО РАН Шацкому В.С. за критические замечания в работе. Особую признательность за плодотворные дискуссии автор выражает д.г.-м.н. Томиленко А.А., д.г.-м.н. Э.В. Сокол, д.г.-м.н., д.г.-м.н. А.Г. Соколу, к.г.-м.н. Смирнову С.З., д.г.-м.н. Д.А. Зедгенизову, д.г.-м.н. А.Ф. Шацкому, д.г.-м.н. А.И.

Чепурову, д.г.-м.н. К.Д. Литасову, к.г.-м.н. Хлестову В.В и д.г.-м.н.

Туркиной О.М. За помощь в освоении методов и ценные советы автор благодарит д.г.-м.н. О.Л. Гаськову, О.А. Козьменко, М.А. Рябуху, С.В.

Ращенко, Т.А. Алифирову, к.г.-м.н. Е.Н.Соколову, к.г.-м.н. Т.Ю.

Тимину, д.г.-м.н. О.Г. Сафонова, к.г.-м.н. И.С. Шарыгина, к.г.-м.н.

А.М. Дымшиц, к.г.-м.н. Е.В. Щукину, к.г.-м.н. Ю.И. Овчинникова и к.г.-м.н. А.С. Степанова. Автор выражает благодарность за помощь в проведении аналитических работ к.г-м.н. Е.Н. Нигматулиной, к.г-м.н.

Н.С. Карманову и М.В. Хлестову. За помощь во время полевых работ автор выражает благодарность к.г.-м.н. А.Ю. Селятицкому, Д.С.

Михайленко, О.В. Щепетовой и С.В. Стрижову.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ (12Президента РФ (МДМинистерства образования и науки РФ (№

14.B25.31.0032).

Глава 1. Характеристика объекта исследования Кокчетавский массив находится в Северном Казахстане и представляет собой зону мегамеланжа длиной 80 км и шириной 17 км (Рис.

1.), которая простирается с северо-запада на юго-восток (Dobretsov et al., 1995). Кокчетавский массив состоит из блоков, субдуцированных на глубины 150-200 км и сформировавшихся в различных режимах температур и давлений (Dobretsov et al., 1995;

Shatsky et al., 1995). Породы неалмазоносного (восточного) Кулетского и алмазоносного (западного) Кумды-Кольского блока, отвечают ультравысокобарическим условиям и разделены зоной Чаглинского разлома (Theunissen et al., 2000). Кумды-Кольский блок сложен биотитовыми сланцами и гнейсами, метапелитами, карбонатносиликатными породами с высококалиевым клинопироксеном, кварцитами и эклогитами (Shatsky et al., 1995). Возраст пика метаморфизма для пород Кумды-Кольского блока оценивается в 530 млн. лет (Claou-Long et al., 1991; Shatsky et al.,1999; Hermann et al., 2001; Katayama et al., 2001). Кумды-Кольский и Кулетский блоки были совмещены в Кокчетавский мегамеланж в результате быстрого подъёма на среднекоровый уровень (515-517 млн. лет). Korsakov & Hermann (2006), а также Шацкий и др. (2006) оценивают условия пика метаморфизма Кумды-Кольского блока в T=1000 °C, P=4-6 ГПа. В то же время, существует большое количество работ (Okamoto et al., 2000;

Zhu & Ogasawara, 2002, Massonne, 2003, Dobrzhinetskaya et al., 2006) с более высокими оценками (6-7 ГПа и 1000-1100 °C).

Глава 2. Методы исследования Определение химического состава породообразующих минералов и минералов полифазных включений производилось на сканирующих электронных микроскопах JEOL JXM-6510LV и TESCAN MIRA 3 LMU JSM 6510LV и рентгеноспектральном микроанализаторе JEOL JXA-8100 в аналитическом центре ИГМ СО РАН (г.

Новосибирск). КРспектры в интервале от 50 до 4500 см-1 были получены с использованием спектрометров T64000 Horiba Jobin Yvon и LabRam Horiba Jobin Yvon в аналитических центрах ИГМ СО РАН и НГУ (г.

Новосибирск). Конфокальное КР-картирование (Confocal Raman Imaging) флюидных и полифазных включений было выполнено с использованием высокоскоростного КР-спектрометра на базе Confocal Raman Imaging alpha 300 R (WiTec Ltd) в г. Ульм, Германия.

Криометрические и термометрические исследования флюидных и расплавных включений производились с помощью термокамеры THMSG600 (ИГМ СО РАН) и на микротермокамере оригинальной конструкции Н.Ю. Осоргина и А.А. Томиленко (Осоргин Н.Ю., Томиленко А.А. Микротермокамера / Авт. свидетельство № 1562816 СССР от 07.05.1990). Определение редких сидерофильных и халькофильных элементов в сульфидах производилось методом индукционно-связанной плазменной масс-спектрометрии с лазерной абляцией (LA-ICP-MS).в Университете г. Мюнстер (Германия).

Глава 3. Минералого-петрографическая характеристика образцов Образцы карбонатно-силикатных пород были отобраны в разведочной штольне, расположенной на южном берегу озера КумдыКоль, и ее отвалах (Лаврова и др.

, 1999). Среди карбонатносиликатных пород выделяются алмазоносные и неалмазоносные разновидности. По модальному содержанию карбонатных минералов их можно разделить на две группы: гранат-пироксеновые породы (50% карбонатов) и мраморы (50% карбонатов). В карбонатносиликатных породах встречаются калийсодержащий клинопироксен (Sobolev & Shatsky, 1990; Chopin & Sobolev., 1995), высококремнистый сфен (Ogasawara et al., 2002) и Ca-Mg гранат с низким содержанием Fe (Sobolev et al., 2007), которые наряду с алмазом и коэситом являются неопровержимыми индикаторами ультравысокобарического метаморфизма. Карбонатно-силикатные породы характеризуются полосчатыми текстурами, выраженными чередованием слоев, обогащенных крупно- и среднезернистым клинопироксеном и гранатом и карбонатных слоев.

Первичные породообразующие минералы карбонатно-силикатных пород представлены гранатом, клинопироксеном, доломитом, арагонитом/кальцитом и флогопитом. В качестве акцессорных минералов в карбонатно-силикатных породах были диагностированы кварц, калиевый полевой шпат, рутил, ильменит, апатит, циркон, фенгит, титанит, алланит, алмаз, корунд, халькопирит, сфалерит, пирротин и пирит. Вторичные минералы представлены цоизитом, роговой обманкой и хлоритом. Их формирование происходило на регрессивном этапе метаморфизма при PT-параметрах, отвечающих амфиболитовой и зеленосланцевой фациям метаморфизма (Shatsky et al., 2003). Гранаты и клинопироксены карбонатно-силикатных пород образуют порфиробласты размером до 4 см. Находки включений гранатов в порфиробластах клинопироксена и клинопироксена в порфиробластах граната свидетельствуют об их одновременной кристаллизации. Фенгит диагностирован в виде включений в гранате и клинопироксене и отсутствует в матриксе. Сульфиды наблюдаются в качестве включений в высокобарических минералах (гранатах и пироксенах), а также в матриксе карбонатно-силикатных пород.

Клинопироксены карбонатно-силикатных пород являются натровыми авгитами (Рис. 2.). Составы клинопироксенов различаются для разных образцов главным образом по количеству и распределению примеси калия (содержание K2O варьируется от 0 до 1.2 мас.%).

Предполагается, что калий входит в структуру клинопироксена в виде калиевого аналога жадеита KAlSi2O6 (Соболев и др., 1972; Перчук и др., 1996; Perchuk et al., 2002; Сафонов и др., 2002; 2005; Bindi et al., 2003). В образах К98-4 и K20/115 были идентифицированы включения клинопироксена с прогрессивной зональностью по K2O, которая не отмечалась в предыдущих работах (Перчук и др., 1996; Перчук и Япаскурт, 1998; Perchuk et al., 2002; Korsakov et al., 2004). Во всех порфиробластах и включениях образца K98-14 и K20/115 можно выделить ядро и внешнюю зону (до 250 мкм), состав которой резко отличается от состава центральных частей клинопироксенов. Они характеризуются пониженным содержанием диопсидового минала, отсутствием примеси калия и низкой магнезиальностью, по отношению к центральным частям. Содержание примеси калия в порфиробластах клинопироксена убывает от 0.45 мас.% в центре кристалла до 0 в краевых зонах (регрессивная зональность). В клинопироксенах-включениях можно выделить две зоны в соответствии с изменением содержания K2O. Зона I (центральная) с прогрессивной зональностью по калию (0.3 мас.% K2O в центре и 0.64 мас. % в краевой части зоны). Зона II образует кайму вокруг зоны I и показывает регрессивную зональность по содержанию калия (K2O снижается от 0.71 до 0 мас.%). Исследование данных включений методом КР-спектроскопии позволило исключить возможность частичной амфиболизации калиевого клинопироксена (Рис. 3.).

Гранаты карбонатно-силикатных пород относятся к пиропальмандин-гроссуляровому ряду и сильно различаются для разных образцов (Рис.4.). Состав гранатов-включений в порфиробластах клинопироксена соответствует составу порфиробластов гранатов.

Примесь титана в гранатах достигает 0.97 мас.%. Гранаты мраморов являются более магнезиальными по отношению к гранатам карбонатно-силикатных породам. Гранаты образца Gak150 характеризуются высоким содержанием Fe3+ (до 0.50 ф.е.). Гранаты образца Gak103 являются наиболее железистыми и по составу близки к гранатам эклогитов месторождения Кумды-Коль.

Карбонатные минералы. Кальциты гранат-клинопироксеновых пород характеризуются низким содержанием примесей (Mg, Mn, Fe), что может свидетельствовать том, что они изначально являлись арагонитами (Ogasawara et al., 2000; Korsakov et al., 2009; 2011).

Кальциты с примесью магния наблюдаются как в кальцитовых, так и в доломитовых мраморах. Примесь магния в кальцитах может достигать

3.05 мас.%, а примесь Fe не превышает 0.85 мас.%. Доломиты характеризуются однородным составом и следующей формулой: Ca1.01Mg0.91-0.98Fe0.01-0.05 (CO3)2. Однако, в работах Schertl et al. (2004) и Korsakov et al. (2009) отмечались неоднородности составов доломитов карбонатно-силикатных пород. Примеси Mg, Mn и Fe в арагонитах (Обр. Gak101) ниже предела обнаружения.

Акцессорные минералы. Содержание SiO2 во включениях фенгита в порфиробластах клинопироксена достигает 3.45 ф.е., что свидетельствует о высоких давлениях кристаллизации фенгита (Ravna & Terry, 2004). Титаниты характеризуются примесью Al2O3 (~5.8 мас.%) и примесью фтора до 3.07 мас.%. В некоторых образцах титаниты содержат ламели кварца, которые также являются признаком высоких давлений (Ogasawara et al., 2002). Содержание калия в роговой обманке достигает 0.25 мас.%. Калиевый полевой шпат содержит примесь альбитового компонента до 0.3 мол. %. Содержание FeO в цоизите не превышает 2.03 мас.%. В состав алланита входит до

2.96 мас.% Nd2O3, до 8.89 мас.% Ce2O3, до 3.62 мас.% La2O3.

Глава 4. Флюидные и расплавные включения в породообразующих минералах.

Первичные флюидные включения сосуществуют с полифазными включениями силикатного состава в ядрах порфиробластов граната и клинопироксена (Рис. 5), а также встречаются в виде единичных включений. Большая часть первичных флюидных включений газовожидкие, однако, также встречаются однофазные (жидкость) и трехфазные (газ+жидкость+твердая фаза). Твердые фазы, кальцит и фенгит, диагностированные во флюидных включениях методом КРкартирования, предположительно, являются дочерними.

Криометрические исследования флюидных включений позволили продемонстрировать, что состав флюида является преимущественно водным и содержание солей относительно низкое (от 0.88 до 8.81 мас.

% в NaCl эквиваленте). Углекислота, азот и метан не были обнаружены во включениях методом криометрии и КР-спектроскопии.

Гомогенизация газа и жидкости во включениях происходит в температурных интервалах от 190 до 225 °C и от 340 до 409 °C.

Предполагается, что второй интервал характерен для частично Рис. 5. Фотографии калийсодержащего порфиробласта клинопироксена. (a) Зональность клинопироксена, обусловленная распределением включений. (b) Сосуществование флюидных (FI) и полифазных (PI) включений в центральной зоне порфиробласта клинопироксена (c)-(d) Фазовый состав флюидных и полифазных включений (проходящий и отраженный свет, G - газ, L - жидкость).

декрипитированных включений. Первый интервал температур гомогенизации соответствует высокой плотности (0.83-0.85 г/см3).

Полифазные силикатные включения в гранате и клинопироксене исследовались методами сканирующей электронной микроскопии и КР- спектроскопии, что позволило идентифицировать следующие фазы: кальцит, кварц, -кристобалит, плагиоклаз, фенгит/мусковит, роговая обманка, кокчетавит (KAlSi3O8), калиевый кимрит (KAlSi3O8*H2O) и лёллингит (Рис. 6.). Ранее, калиевый кимрит наблюдался в продуктах высокобарических экспериментов и не был идентифицирован в природных объектах. Закономерностей в изменении состава полифазных включений от центра к краю порфиробластов не было выявлено. Следовательно, составы расплавов не претерпевали значительных изменений по мере роста гранатов и клинопироксенов. Однако, составы расплавов, реконструированные для разных образцов карбонатно-силикатных пород, различаются между собой по содержанию K2O и CaO. Наблюдается корреляция содержания калия в расплаве с содержанием калия во включениях KРис. 6. КР-карты и представительные КР-спектры полифазных включений силикатного состава: (a,d) КР-карты двух полифазных силикатных включений в клинопироксене. (b) - КР-спектр калиевого кимрита (с) - КР-спектр калиевого кимрита в диапазоне частот от 3000 до 3700 см-1. (e,f)- КР-спектры в диапазоне частот от 50 до 3700 см-1 и от 3000 до 3700 см-1, соответствующие КР-карте (d).

Звездочкой показана характерная линия для кальцита при 1086 см-1. K-cym – калиевый кимрит, Cpx – клинопироксен, Kok – кокчетавит, Lollingite – лёллингит.

Cpx в гранате, что хорошо согласуется с экспериментальными данными (Perchuk et al., 2002; Сафонов и др., 2005).

Включения карбонатного состава фиксировались в образцах гранат-клинопироксеновых пород с высокой составляющей карбонатных минералов (10-20 об.% - Let1, K98-4) и в мраморе (А8). В образце Let1 карбонатные включения представлены кальцитом и сосуществуют в одной ростовой зоне клинопироксена с полифазными силикатными включениями, в которых был идентифицирован калиевый кимрит.

В образце мрамора А8 полифазные включения стремятся к форме отрицательного кристалла и наблюдаются в зонах залеченных трещин в калиевом клинопироксене (Рис.7, a). В этих зонах не наблюдается изменения состава и, в частности, снижения содержания K2O, что свидетельствует об ультравысокобарической природе трещин с вторичными полифазными включениями.

Вторичные полифазные включения сложены кальцитом, лёллингитом,

-кристобалитом и калишпатом. Валовый состав вторичных включений в клинопироксене является карбонатитовым.

Рис. 7. (а) Фотография в обратно-рассеянных электронах вторичных полифазных включений в клинопироксене. Эти включения трассируют залеченные трещины (Образец A8). (b) Фотографии включений сульфидов в порфиробласте калиевого клинопироксена с ламелями калишпата в обратно-рассеянных электронах. Включения сульфидов сосуществуют с полифазными включениями силикатного состава.

Сульфидные включения представлены пирротином и сфалеритом и сосуществуют с полифазными силикатными включениями в центральных частях порфиробластов клинопироксена с ламелями (Рис.7, b). При этом, в ядрах калиевого клинопироксена с сульфидами ламели не нарушены, что указывает на ультравысокобарическую природу сульфидов. Различий в редкоэлементном составе сульфидов матрикса с сульфидов-включений не было выявлено. Этот факт, наряду с низкими концентрациями платиноидов свидетельствует в пользу корового происхождения сульфидов карбонатно-силикатных пород Кокчетавкого массива.

Глава 5. Реконструкция условий формирования карбонатносиликатных пород Для реконструкции PT-тренда эволюции гранатклинопироксеновых пород были использованы составы клинопироксена-включения с прогрессивной зональностью по K2O вдоль профиля и состав граната вблизи клинопироксена-включения с применением геотермометра (Ravna, 2000) и геобарометра (Сафонов и др.

, 2005). В главе 4 было показано, что состав расплава не претерпевал изменений во время роста зерен калиевого клинопироксена. Соответственно, расчеты PT-параметров были основаны на допущении о том, что активности K, Al, Si в расплаве являются постоянными величинами.

Согласно полученным оценкам, давление и температура увеличиваются вместе с содержанием K2O в клинопироксене (Рис. 8.).

Оценки температур и давлений, полученные для ядра клинопироксена с прогрессивной зональностью составляют 5.5 ГПа и 960 °С, тогда как на границе с богатой калием зоной увеличиваются до 7.3 ГПа и 1100 °С. В зоне с регрессивной зональностью по K2O в клинопироксене температуры и давления резко падают до 950 °С и 4.6 ГПа.

Полученные оценки согласуется с оценками условий метаморфизма (Ogasawara et al., 2002; Massonne, 2003; 2011). Таким образом, находки клинопироксенов-включений с прогрессивной зональностью по калию позволили установить фрагменты прогрессивной стадии метаморфизма для карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива (Рис.9.).

Анализ экспериментальных данных о составе и полях стабильности высокобарических фаз в условиях близких к пику метаморфизма Реконструированный PT-тренд эволюции карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива (Hermann et al., 2001; Korsakov & Hermann., 2006; Mikhno & Korsakov., 2013) перекрывается полем стабильности калиевого кимрита в области высоких температур от 800 °C до 1100 °C. Следовательно, кристаллизация данной фазы происходит при давлениях, превышающих 4.5 ГПа. Harlow & Davies (2004) было показано, что калиевый кимрит может кристаллизоваться только из расплава, в котором H2O эквимолярно KAlSi3O8. Согласно исследованиям (Mosenfelder et al., 2005), высокие скорости эксгумации и отсутствие воды в системе необходимо для сохранения минераловиндикаторов UHP-метаморфизма. Однако, находки калиевого кимрита в качестве дочерней фазы полифазных силикатных включений сосуществующих с флюидными включениями свидетельствуют о высокой активности воды до или на пике метаморфизма. Таким образом, сохранение калиевого кимрита в водонасыщенных условиях требует еще более высоких скоростей эксгумации. Совместное нахождение калиевого кимрита и кокчетавита, наряду с экспериментами по прокаливанию калиевого кимрита (Thompson et al., 1998; Kanzaki et al., 2012) свидетельствует о том, что кокчетавит формируется путем дегидратации калиевого кимрита. Hwang et al.

(2013) идентифицировали кокчетавит в качестве минерала ламелей в клинопироксене, тогда как в предшествующих работах (Shatsky et al., Рис. 9. Модель формирования различных генераций клинопироксена и PT-эволюция карбонатно-силикатных пород Кокчетавского массива. Сплошная красная линия - PTтренд эволюции карбонатно-силикатных пород, реконструированный по данным изучения калийсодержащих клинопироксенов. Прерывистая желтая линия регрессивная ветвь метаморфизма и этапы B, C, D по данным (Hermann et al., 2001), штрих-пунктирная линия – по данным (Dobretsov & Shatsky, 2004). Переход графит/алмаз – (Chatterjee, 1991) и кварц/коэсит – (Bohlen & Boettcher, 1982), переход коэсит/стишовит (Liu et al., 1996), K-cym=Kfs+H2O – (Davies & Harlow, 2002), Kfs+Phl=Ph+Qz+H2O – (Massonne, 1992), остальные линии заимствованы из работы (Hwang et al., 2004). Kfs - калиевый полевой шпат, Phl - флогопит, Ph - фенгит, m расплав, St - стишовит, Coe - коэсит, Qz -кварц, Grt - гранат, K-cym - калиевый кимрит, H2O - жидкая вода.

1995; Перчук и др., 1996; Zhu, 2003; Korsakov & Hermann, 2006) в ламелях фиксировался калиевый полевой шпат. Присутствие ламелей кокчетавита в клинопироксене, являющегося продуктом дегидратации калиевого кимрита (P 4.5 ГПа, T ~ 1000 °C), свидетельствует о начале формирования этих ламелей в поле устойчивости калиевого кимрита. Т.к. на сегодняшний момент не существует экспериментальных данных о трансформации калишпата в кокчетавит, то наиболее вероятно, что формирование ламелей калишпата происходит в поле стабильности калиевого полевого шпата (P 4.5 ГПа).

Агрегатное состояние минералообразующей среды на пике метаморфизма. Находки включений силикатного и карбонатитового состава, а также флюидных включений в одной ростовой зоне клинопироксена указывают на то, что в условиях, близких к пику метаморфизма, в карбонатно-силикатных средах существовали флюид, силикатный и карбонатитовый расплавы. Сосуществование несмешивающихся флюида и силикатного расплава в карбонатносиликатной системе указывают на то, что даже PT-параметры пика метаморфизма были ниже второй критической точки для карбонатносиликатной системы.

Составы силикатных расплавов, реконструированные для разных образцов карбонатно-силикатных пород, сильно варьируют по содержанию калия и кальция. Вариации в содержании калия могут быть объяснены несколькими этапами плавления метапелитов, сегрегации и миграции расплава в карбонатные прослои (Stepanov et al., 2014). Первые выплавки, обогащенные калием, способствуют формированию карбонатно-силикатных пород с K-Cpx. Различия в концентрациях кальция в составе силикатного расплава и наличие/отсутствие включений карбонатитового расплава объясняются различным вкладом карбонатной составляющей и гранитного расплава в процесс формирования карбонатно-силикатных пород. Сосуществование включений силиктаного расплава, содержащих калиевый кимрит, с включениями преимущественно карбонатного состава свидетельствуют о том, что карбонатитовый и силикатный расплав имеют поле несмесимости в области давлений порядка 4.5 -7 ГПа и температур 950-1100 °С.

Первичные карбонатные включения, по данным Korsakov & Hermann (2006), наиболее вероятно, представляют собой раскристаллизованный «карбонатитовый» расплав. Появление карбонатитового расплава при Т ~ 1000-1100 °С могло быть вызвано плавлением метакарбонатов в присутствии свободной флюидной фазы (Thompson & Schmidt, 2008; Poli, 2012). Состав расплава, реконструированный по вторичным включениям в залеченной трещине в калийсодержащем клинопироксене, также является карбонатитовым (SiO218%, MgO7.5%, CaO41%, CO232%).

Однако, для кристаллизации калиевого клинопироксена в зоне трещины необходимо наличие высококалиевого силикатного расплава.

В связи с этим мы предполагаем, что калийсодержащий клинопироксен кристаллизовался в присутствии карбонатитового и силикатного расплава.

Сосуществование сульфидных и полифазных силикатных включений в центральных частях порфиробластов калийсодержащего клинопироксена с ламелями свидетельствует в пользу высокобарического образования (1000-1100 °C и 6-7 ГПа), по крайней мере, части сульфидов. Согласно экспериментальным работам в условиях высоких температур и давлений (T 1000 °C, P ~ 7 ГПа) сульфиды не растворяются в силикатном расплаве и присутствуют в системе в виде сульфидного расплава (Литвин и др., 2005; Pal'yanov et al., 2007). Таким образом, наиболее вероятно, несмешивающиеся сульфидный и силикатный расплавы сосуществовали в карбонатносиликатных породах в условиях близких к пику метаморфизма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие выводы:

1) Находки калиевого клинопироксена с прогрессивной зональностью позволили реконструировать заключительную стадию прогрессивного этапа метаморфизма, а также исключить гипотезу мантийного образования карбонатно-силикатных пород. Пик метаморфизма для них оценивается в T = 1000-1100 °C, P ~ 6-7 ГПа.

2) Сосуществование флюидных, полифазных силикатных и карбонатных включений в одной ростовой зоне порфиробластов граната и клинопироксена свидетельствует о том, что кристаллизация этих минералов происходила в присутствии силикатного и карбонатитового расплавов и преимущественно водного флюида.

3) Находки реликтов калиевого кимрита (KAlSi3O8*H2O) в породах сверхвысоких давлений свидетельствует об очень высоких скоростях эксгумации.

4) Присутствие K-кимрита с кокчетавитом в качестве дочерних фаз расплавных включений наряду с экспериментальными данными по прокаливанию K-кимрита свидетельствует о том, что кокчетавит образуется путем дегидратации K-кимрита.

5) Находки сульфидных включений совместно с полифазными силикатными включениями в центральной зоне порфиробласта калийсодержащего клинопироксена указывают на то, что сульфиды присутствовали в карбонатно-силикатных породах Кокчетавского массива в условиях близких к пику метаморфизма. Наличие признаков декрипитации сульфидных включений, наряду с экспериментальными данными свидетельствует о существовании несмешивающихся сульфидного и силикатного расплавов в условиях близких к пику метаморфизма (6-7 ГПа, 1000-1100 °C).

Основные публикации по теме диссертации:

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

Михно A.O., Корсаков A.В. Прогрессивная зональность по К в клинопироксене ультравысокобарных неалмазоносных гранатклинопироксеновых пород месторождения Кумды-Коль (Кокчетавский массив) // Доклады Академии Наук. – 2012. – Т. 447. – С.552-556.

Mikhno A.O., Korsakov A.V. K2O prograde zoning pattern in

clinopyroxene from the Kokchetav diamond-grade metamorphic rocks:

Missing part of metamorphic history and location of second critical end point for calc-silicate system. // Gondwana Research. – 2013. – V. 23. – P.

920-930.

Mikhno A.O., Schmidt U., Korsakov A.V. Origin of K-cymrite and kokchetavite in the polyphase mineral inclusions from Kokchetav UHP calc-silicate rocks: Evidences from Confocal Raman Imaging. // European Journal of Mineralogy. – 2013. – V. 25. – P. 807-816.

Михно А.О., Корсаков А.В. Карбонатитовый, силикатный и сульфидный расплавы: гетерогенность минералообразующей среды в породах сверхвысоких давлений Кокчетавского массива. // Геология и геофизика. – 2015. – Т. 56. – № 1-2. – С. 110-132.

Тезисы конференций:

Korsakov A.V., Golovin A.V., Mikhno A.O., Dieing T., Toporski J., Fluid inclusions in rock-forming minerals from Kokchetav garnetclinopyroxene diamondgrade metamorphic rocks. // 3th Biennial Conference on Asian Current Research On Fluid Inclusions, Novosibirsk, Russia.

Abstract

Book. – 2010. P. – 98-99.

Mikhno A.O., Korsakov A.V., Prograde zonation of K2O in clinopyroxene in diamond-grade UHPM calc-silicate rocks of the Kokchetav massif. // 9th International Eclogite Conference, August 6-9, Marianske Lazne, Czech Republic. Abstract Volume. – 2011. – P. 48.

Mikhno A.O., Korsakov A.V., Schmidt U., Raman imaging of polyphase inclusions in clinopyroxene from UHPMcalc-silicate rocks (Kokchetav Massif): Is kokchetavite anhydrous mineral? // Abstract for 10th GeoRaman International Conference, Nancy, France. – 2012. – P. 257.

Korsakov A.V., Mikhno A.O., Schmidt U., Raman imaging of fluid and “melt” inclusions in K-bearing clinopyroxene: Second critical end point for UHPM garnet-clinopyroxene rocks (Kokchetav massif, Kazakhstan) // 4th Biennial Conference on Asian Current Research on Fluid Inclusions, 2012, Brisbane, Australia. Abstract Book. – 2012. – P. 88-90.

Mikhno A.O., Investigation of polyphase and fluid inclusions in clinopyroxene from diamond-grade calc-silicate rocks of Kokchetav Massif (Northern Kazakhstan) // Abstracts of the 6th International Siberian Early Career Geoscientists Conference, Novosibirsk, Russia. – 2012. – P. 105.

Mikhno A., Shchepetova O., Mikhaylenko D., Korsakov A., Sulfides in ultrahigh pressure rocks of the Kokchetav massif // Advances in High Pressure Research, Novosibirsk, Russia. – 2014. – P. 48-49.

Mikhno A., Gao X.-Y., Korsakov A., Sulfide associations in diamond-grade dolomitic marble from the Kokchetav massif (Northern Kazakhstan): Evidence for the sulfide melt presence at the UHP-conditions // Interntional Association for Gondwana Research, Beijing China. – 2014.

– P. 96-98.

Mikhno A.O., Korsakov A.V. Evidence for existence of UHP sulfide melt in calc-silicate rocks from the Kokchetav massif (Northern Kazakhstan) XI International Eclogite Conference // January 31 – February 7, 2015, Dominican Republic. Abstract Volume. – 2015. – P. 79.

–  –  –



Похожие работы:

«Артёмова Александра Николаевна ХУДОЖЕСТВЕННАЯ ЖИЗНЬ АЛТАЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ХХ ВЕКА ПО МАТЕРИАЛАМ МЕСТНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ Специальность 17.00.04 – изобразительное искусство, декоративно-прикладное искусство и архитектура (...»

«АНИСОВ Александр Михайлович ВРЕМЯ И КОМПЬЮТЕР: Негеометрический образ времени Анисов AJM, Время и компьютер: Негеометрический образ времени.М.: Наука, 1991. 152 с Специальность 09.00.07 Л...»

«Сколотнев Сергей Геннадьевич Регулярные и региональные вариации состава и строения океанической коры и структуры океанического дна Центральной, Экваториальной и Южной Атлантики Специальность: 25.00.03 – геотектоник...»

«Пахомов Николай Владимирович Политика России в обеспечении глобальной энергетической безопасности Специальность 23.00.04 – политические проблемы международных отношений, глобального и регионального развития Автореферат диссертации на с...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.