Мантийные плюмы и мощность литосферы как определяющие факторы магмогенеза

Якутской кимберлитовой провинции

Василенко В.Б.

Институт геологии и минералогии СО РАН СССР, Новосибирск, Россия

Якутская кимберлитовая провинция включает 24 поля вулканических пород, состав которых изменяется от глубинных алмазоносных кимберлитов на юге провинции до ультраосновно-щелочных пород с карбонатитами на севере. Тренд уменьшения глубин зарождения расплавов совпадает с трендом уменьшения глубины подошвы литосферы (рис.).

Fig.  Location of kimberlite fields of the Yakutian kimberlite province.

1 - Mirny, 2 - Nakyn, 3 - Alakit-Markha, 4 - Daldyn, 5 - Verkhne-Muna, 6 - Chomurdakh, 7 - Ogoner-Yuryakh, 8 - West Ukukit, 9 - East Ukukit, 10 - Merchimden, 11 - Molodo, 12 - Toluop, 13 - Kuoik, 14 - Khorbusuon, 15 - Tomtor, 16 - Ebelyakh, 17 - Yargin, 18 - Starorechenskoe, 19 - Ary-Mastakh, 20 - Dyuken, 21 - Luchakan, 22 - Birigindin, 23 - Kuranakh, 24 - Anabar.

Кимберлиты. Насыщенные углекислотой перидотиты начинают плавиться за счет перехода на ликвидус клинопироксен-оливиновой котектики. Первые капли селективного расплава по составу отвечали кальциту, количество которого могло достигать 80% объема проторасплава. При большем содержании кальцита в проторасплаве происходило метасоматическое замещение синегенетичного оливина и реститов плавящегося перидотита. При прогрессирующем плавлении в кимберлитах увеличивалось относительное количество оливина вплоть до образования существенно оливиновых разновидностей. Процесс накопления оливина имел дискретный характер, в результате чего в кимберлитах по соотношению CaO к MgO можно выделить 12 вариаций. Соотношение объемов карбонатных и оливиновых вариаций может быть разным в зависимости от состава магмогенерирующего субстрата. В случае преобладания кальцитсодержащих пород формируются карбонатные кимберлиты. Их количество в главных алмазных месторождениях Якутии не превышает 15%.  Как правило, это дотрубочные или после трубочные, существенно карбонатные породы.  Типохимическим признаком этих пород является обратная корреляция содержаний MgO и CaO. Этот феномен отражает эволюцию термических условий выплавления кимберлитовых проторасплавов в диапазоне температур 900-1500^о. Образование расплавов алмазоносных кимберлитов происходит на глубинах примерно от 100 до 200 км и, может быть, еще больших значениях. Некоторая часть алмазов, возможно, имеет ксеногенное происхождение, но большая их часть сформировалась одновременно с кимберлитовыми проторасплавами, состав которых определял количество алмазов, сингенетичных расплавам.

Литосферный разрез в пределах выше обозначенных глубин в геохимическом отношении не является однородным даже в модели с однородным составом перидотитов. Увеличивающиеся давления перераспределяют примесные элементы между минералами перидотита. Так, в клинопироксене перидотита при увеличении давления примесь титана перераспределяется в другие минералы, а примесь калия накапливается. Каждый интервал разреза литосферы характеризуется определенным соотношением TiO₂/K₂O в клинопироксенах. Следовательно, в зависимости от того, в пределах какого интервала формировались кимберлитовые проторасплавы, столько в них титана и калия.

 Статистическое исследование многотысячной совокупности химических анализов кимберлитов Якутии показало, что эта совокупность делится на 7 групп √ популяций (1-я  - наиболее глубинная, 7-я √ наименее глубинная), отличающихся уровнями содержаний TiO₂ и K₂O. Ранжирование средних содержаний TiO₂ и K₂O в популяциях показало, что содержаний TiO₂ образуют полную последовательность в пределах от 3.0 до 0.3% TiO₂. Аналогично, средние содержания K₂O образуют обратную последовательность значений. Популяция с наименьшим содержанием TiO₂ содержит 0.85% K₂O. Более высокое содержание K₂O в кимберлитах возникает при попадании в зоны магмогенеза субдуктированных фрагментов океанической коры. В каждой популяции отчетливо проявлен термический фактор √ обратная корреляция CaO с MgO. Наиболее глубинные популяции наиболее алмазоносны.

В пределах каждого кимберлитового поля средние значения TiO₂ всех кимберлитовых тел образуют последовательность от наиболее глубинных к наименее глубинным популяциям. Это явление √ следствие вертикальной миграции магматических очагов и последовательного формирования кимберлитовых тел. В ряде кимберлитовых полей (Далдынское, Верхнее-Мунское) наиболее глубинные (1-я и 2-я) популяции кимберлитов отсутствуют, что является следствием подъема подошвы литосферы, уменьшения ее мощности. Таким  образом, геохимическая зональность литосферы продуцирует типогеохимические показатели Р-Т условий формирования кимберлитов и их алмазоносности.

Пикриты. Подтверждением этот тезиса является прогрессирующее распространение пикритов, отличных от кимберлитов видов, в северных поля провинции, где они часто ассоциируют в одних и тех же телах вместе с кимберлитами. Максимальное содержание пикритов достигается в Ары-Маастахском и Дюкенском полях Анабарской группы полей; Западно-Укукитском и Огоньер-Юряхском в Оленекской группе полей. Преобладание пикритов в северных полях провинции свидетельствуют об уменьшении мощности литосферы в этих районах. Глубины, на которых формируются проторасплавы пикритов, изменяются примерно от 100 до 70 км. Пикриты характеризуются теми же особенностями, что и кимберлиты, за исключением высоких содержаний TiO₂ и отсутствием алмазов и их спутников. Также характерны для пикритов карбонатные вариации, как и для кимберлитов, Однако их относительное количество здесь значительно больше.

Щелочно-ультраосновные породы с карбонатитами. В пределах провинции лучше всего они представлены в Томторском массиве. Глубина формирования их проторасплавов оценивается в 60-70 км.  Для них характерны, прежде всего, индивидуализированные тела карбонатных пород √ карбонатитов, богатых редкометальной минерализацией. Силикатные и силикатно-карбонатные породы массива Томтор делятся на две крупные группы: с повышенным содержанием CaO и повышенным содержанием Al₂O₃. Первую можно отнести к карбонатитовому комплексу, вторую √ к ультраосновным фоидолитам (табл.). Нам представляется, что механизм образования этих пород схож с механизмом формирования кимберлитов: в том и другом случаях известь выщелачивается из силикатных минералов базальтоидов при углекислом метасоматозе.

Изменение состава горных пород в меридиональном направлении от алмазоносных кимберлитов до карбонатитов Томторского массива характеризуется увеличением содержания TiO₂ и SFe₂O₃ в кимберлитах северных полей, резким повышением TiO₂ и SFe₂O₃ в пикритах тех же полей. Разделением субщелочных базальтоидов на карбонатиты и ультраосновные фоидолиты. Типохимическими признаками карбонатных пород кимберлитов и пикритов являются оьратная корреляция CaO  и MgO. А в карбонатных породах Томторского массива типохимическим признаком буде обратная корреляция CaO и Al₂O₃.

Общим для пород всех формаций является присутствие карбонатного  материала и калиевая специализация. Причиной возникновения этих свойств может явиться широко проявленная субдукция океанической коры со стороны Верхоянского складчато-надвигового пояса. Субдукция океанической коры способствовала возникновению и проникновению мантийных плюмов в литосферную мантию по Якутской кимберлитовой провинцией.

Таблица

Составы пород разных формаций Якутской кимберлитовой провинции