Щелочной карбонатно-силикатный флюид как среда образования оболочек алмазов из трубки Сытыканская (Якутия)

Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А.

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

Новосибирск, Россия

Ввиду своей химической и физической устойчивости алмаз является идеальным «контейнером» для транспортировки образцов минералообразующей среды и минералов пород мантии. Исследование высокоплотных флюидов (HDF), сохранившихся в виде микровключений в алмазах, дает уникальную возможность для реконструкции состава и эволюции глубинных жидкостей, ответственных за мантийный метасоматоз, образование алмаза и частичное плавление пород верхней мантии. Подобные микровключения содержатся в кристаллах кубического габитуса, центральных частях октаэдрических кристаллов, демонстрирующих смену морфологии от кубоида к октаэдру, и алмазах в оболочке (IV минералогическая разновидность алмазов, согласно классификации Ю.Орлова, 1984). Алмазы в «оболочке» в некоторых кимберлитовых месторождениях Якутии представляют значительную долю всей выборки, но целенаправленное изучение таких кристаллов ранее не проводилось. Основу данной работы составляют результаты исследования алмазов в «оболочке» из кимберлитовой трубки Сытыканская.

Изученные кристаллы имеют сложное внутреннее строение: контрастно выделяются октаэдрическое ядро с прямолинейной зональностью и внешняя волокнистая оболочка. Очевидно, что в процессе кристаллизации происходила смена механизма роста от послойного к нормальному при повышении величины пересыщения по углероду во флюиде/расплаве и увеличении скорости роста [Sunagawa, 1990].

Распределение основных дефектов в кристаллах алмаза неоднородно. Общее содержание азота различается как между кристаллами, так и в пределах каждого из кристаллов (между ядром и оболочкой), и составляет от 150 до 200 ppm. В пределах кристалла азота либо заметно больше в оболочке по сравнению с ядром (разница может достигать до 750 ppm), либо заметно больше в ядре, либо значения сопоставимы. Такое разнообразие тенденций в неоднородности распределения может быть вызвано изменением содержания азота в среде кристаллизации. При этом значения степени агрегации азота в B1-центры обнаруживают вполне определенную закономерность: высоко агрегированные центральные части кристаллов (до 80-85% IaB), практически во всех случаях содержащие дефекты типа B2, контрастны в сравнении с низко агрегированными оболочками (5-20% IaB). Полоса, соответствующая C-H колебаниям (3107 см^-1), отмечается во всех спектрах. Ее интенсивность так же неоднородна в пределах кристаллов: содержание водородсодержащего дефекта всегда больше в ядре кристалла и резко уменьшается в оболочке. Примечательно, что ядра разных кристаллов по своим характеристикам дефектно-примесного состава значительно варьируют, при этом характеристики волокнистых оболочек схожи.

В ИК-спектрах волокнистой оболочки кристаллов помимо полос, приуроченных к основным дефектам, присутствуют полосы поглощения, соответствующие воде, карбонатам и силикатам. При этом в сравнении с кристаллами кубического габитуса интенсивность поглощения этих фаз значительно меньше. В спектрах оболочки отмечается присутствие воды, как в виде валентных колебаний OH-групп минералов микровключений, так и в виде деформационных колебаний HOH, соответствующих молекулярной воде. Отношение вода/карбонат в микровключениях составляет 0,14-0,30. При этом в спектрах кристаллов, наиболее обогащенных водой и силикатами (линии поглощения в области 1000-1200 см^-1), четко фиксируется присутствие фазы SiO₂ (810 и 783 см^-1 для кварца при давлении 1,7 ГПа).

В настоящее время для алмазов из разных месторождений мира отмечено, что валовый состав микровключений варьирует непрерывно между водно-солевым и карбонатными, а также между карбонатным и водно-силикатным крайними членами [Navon et al., 1999]. Состав микровключений в изученных алмазах соответствует переходу между карбонатным и водно-силикатным крайними членами (Рис. 1, полем отмечены данные по составам среды кристаллизации алмазов и различных месторождений мира). При этом для усредненных составов трех кристаллов характерно относительное обогащение флюида/расплава щелочной составляющей. Полученные данные наиболее близки к составам, установленным для серии алмазов кубического габитуса из трубок Джваненг (Ботсвана) [Schrauder, Navon, 1994], Интернациональная (Якутия) [Zedgenizov et. al., 2009] и россыпей Бразилии [Ширяев и др., 2005]. Это не противоречит представлениям о процессе образования кубоидов, в большинстве случаев имеющих волокнистое строение, близко по времени к эпизоду кимберлитового магматизма. Ранее авторами уже отмечалось, что образование волокнистых оболочек, содержащих многочисленные микровключения минералообразующей среды, происходит непосредственно перед эпизодом кимберлитового извержения [Boyd et. al., 1989; Boyd et. al., 1991]. Это также подтверждают данные по степени агрегации азота в B1-центры, полученные для оболочек изученных алмазов. Для ядер же характерны гораздо более длительные времена/температуры нахождения в мантии.

Высокое содержание кремнезема для данных кристаллов подтверждается анализом главных элементов методом энергодисперсионной спектрометрии. Микровключения в изученных алмазах обогащены кальцием и железом в сравнении с магнием. Положительная корреляция суммы щелочей с содержанием хлора позволяет предполагать частичное вхождение K и Na в состав хлоридов. Зависимости в содержания двухвалентных катионов от Si+Al и щелочных катионов от Si+Al не наблюдается. Исходя из отношения (K+Na)/Cl (3-9), довольно высокая доля этих катионов входит в состав фаз, стехиометрически отличных от хлоридов щелочных металлов, например, силикатов или более сложных по составу минералов. Также было показано, что высокое содержание калия также может быть обусловлено присутствием среди фаз в микровключениях стекла, обогащенного K, и флюидного пузыря, частично или главным образом состоящего из KOH [Logvinova et.al., 2008].

Рис. 1. Состав среды кристаллизации оболочек исследованных алмазов в сравнении с данными по алмазам из различных месторождений мира.

Предполагается, что взаимодействие глубинных щелочных флюидов/расплавов с породами верхней мантии во многом определяет образование кимберлитов и лампроитов. Генерация карбонатно-силикатных флюидов/расплавов, являющихся средой кристаллизации для оболочек алмазов из трубки Сытыканская, может быть результатом метасоматических процессов в верхней мантии, а также частичного плавления карбонатизированных перидотитов и эклогитов. Вариации полученных составов в довольно широком диапазоне могут также быть обусловлены процессами фракционирования флюида и смешения флюидов/расплавов различного состава.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 09-05-00985) и СО РАН (интеграционный проект №51).

References:

Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. М.: Наука, 1984. 254 с.

Ширяев А.А., Израэли Е.С., Хаури Э.Г., Захарченко О.Д., Навон О. Химические, оптические и изотопные особенности волокнистых алмазов из Бразилии // Геология и геофизика. 2005. Том 46(12). С. 1207-1222.

Boyd S.R., Mattey D.P., Pillinger C.T., Milledge H.J., Mendelssohn M., Seal M. Multiple growth events during diamond genesis: an integrated study of carbon and nitrogen isotopes and nitrogen aggregation state in coated stones // Earth and Planetary Science Letters. 1987. Vol. 86. P. 341-35.

Boyd S.R., Pillinger C.T., Milledge H.J., Mendelssohn M.J., Seal M. C and N isotopic composition and the infrared absorption spectra of coated diamonds: evidence for the regional uniformity of CO₂-H₂O-rich fluids in lithospheric mantle // Earth and Planetary Science Letters. 1992. Vol. 109. P. 633-644.

Logvinova A., Wirth R., Fedorova E., Sobolev N. Nanometre-sized mineral and fluid inclusions in cloudy Siberian diamonds: new insights on diamond formation // Eur. J. Mineral. 2008. Vol. 20. P. 317-331.

Navon O., Hutcheon I.D., Rossman G.R., Wasserburg G.J. Mantle-derived fluids in diamond micro-inclusions // Nature. 1988. Vol. 335. P. 784-789.

Navon O. Formation of diamonds in the earth's mantle // Proceedings of the 7th International Kimberlite Conference. 1999. Red Roof Designs, Cape Town. P. 584-604.

Schrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. Vol. 52. P. 761-771.

Sunagawa I. Growth and morphology of diamond crystals under stable and metastable conditions // Journal of Crystal Growth. 1990. Vol. 99. P. 1156-1161.

Zedgenizov D.A., Ragozin A.L., Shatsky V.S., Araujo D., Griffin W.L., Kagi H. Mg and Fe-rich carbonate–silicate high-density fluids in cuboid diamonds from the Internationalnaya kimberlite pipe (Yakutia) // Lithos. 2009. 112S. P. 638-647.