2011

Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

Причины формирования кластеров кимберлитовых проявлений

Я. М. Хазан, О. В. Арясова

Институт геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины, Киев, Украина

ykhazan@gmail.com

Важной характеристикой процессов в источниках кимберлитов является продолжительность их активности. Данные для Северной Америки [Heaman et al., 2004] указывают на существование двух интервалов длительности активности кимберлитовых полей - 1-3 млн. лет и 17-30 млн. лет с большим промежутком между ними (рис. 1). В то же время более детальный анализ датировок для тех полей, для которых имеется сравнительно много определений возрастов кимберлитов (LDG Ekati, Lac de Gras, Kirkland Lake) свидетельствует о том, что датировки образуют плотные группы, в которых отличие возрастов не превышает погрешности определения 1—3 млн. лет. Один из примеров показан на рис. 2. Как видно из этого рисунка, из 35 датировок на поле LDG Ekati выделяются три выраженные группы: 7 датировок в пределах 45.2—48 млн. лет, 12 датировок в интервале 51.1—53.3 млн. лет, и 9 датировок в интервале 58.3—61.3 млн. лет, а также две группы по три или четыре кимберлита, выделяемые менее отчетливо. Эти данные позволяют заключить, что кластеры приблизительно одновозрастных кимберлитов формируются несколькими (до 10—12) извержениями, происходящими за время порядка нескольких миллионов лет. При этом кластеры образуют тесные пространственные группы извержений близкого состава [Ваганов, 2000], а второй характерный временной масштаб 10—30 млн. лет, регистрируемый также и в Якутской кимберлитовой провинции [Уханов и др., 1988, с. 21], соответствует времени жизни кимберлитового поля, в течение которого формируются несколько кластеров.

Высокие содержания некогерентных элементов свидетельствуют о том, что кимберлиты возникают вследствие плавления низкой (~1%) или даже инфинитезимальной (~0.1%) степени. В то же время для их доставки на поверхность должны возникать макроскопические скопления расплава. Иначе говоря, неизбежным этапом эволюции протокимберлитового расплава является его сегрегация внутри частично расплавленной зоны и формирование областей, в которых содержание расплава намного выше исходной степени плавления.  

Khazan [2010] и Хазан и Арясова [2011] показали, что если система включений расплава является связной, то характерное время сегрегации τ зависит от отношения мощности зоны частичного плавления, L, к длине компакции, δ, которая, в свою очередь, определяется вязкостями расплава, μ, и матрицы, η, и проницаемостью последней. При этом в случае L/δ<10 (маловязкие расплавы) время сегрегации убывает с увеличением мощности зоны плавления τ≈19.5(η/∆ρgL) (Fig. 3) и не зависит от плохо известных вязкости расплава и проницаемости матрицы. Последнее означает, что в этом предельном случае характерное время cегрегации не зависит и от степени плавления.

Убывание времени сегрегации при увеличении мощности зоны плавления ограничивает рост последней и является причиной возникновения кластеров примерно одновозрастных извержений близкого состава. Для иллюстрации предположим, что плавление является декомпрессионным и сопровождает всплытие мантийного диапира со скоростью V. Мощность зоны плавления в этом случае возрастает линейно со временем L=Vt, где время отсчитывается от момента достижения верхушкой диапира уровня солидуса. Поскольку никакая система не может жить дольше времени ее распада, время t не может превысить время сегрегации t≤τ, то есть L≤L*=4.4(Vη/∆ρg)^1/2. При правдоподобном выборе значений параметров (η=10¹⁹ Пас, ∆ρ=300 кг/м³, V=3 см/год) сегрегация происходит, когда мощность зоны плавления достигает примерно 8 км, причем характерное время сегрегации составляет 0.27 млн. лет. Условие L*/δ<10  применимости оценки выполнено, поскольку, как можно показать, длина компакции δ=6 км. После первого извержения начинает расти новая зона частичного плавления, которая порождает следующее извержение, когда мощность зоны достигает критической. Эта последовательность событий повторяется, пока весь диапир не пересечет уровень плавления.  Диаметр диапира D можно оценить по размерам областей малоамплитудного поднятия, ассоциирующихся с кимберлитовыми полями D=30—80 км (например, Kaminsky et al. [1995], Ваганов [2000]) . Таким образом, всплытие диапира приводит к возникновению кластера, состоящего из примерно D/L*=3—10 извержений за время порядка τD/L*=1—3 млн. лет, как это и наблюдается. Описанная последовательность событий схематически иллюстрируется рис. 4.

Литература

Heaman L., Kjarsgaard B., Creaser R. The temporal evolution of North American kimberlites // Lithos. 2004. V. 76. P. 377—397.

Ваганов В. И. Алмазные месторождения мира и России. М.: Геоинформмарк. 2000. 371 с.

Уханов А. В., Рябчиков И. Д., Харькив А. Д.  Литосферная мантия Якутской кимберлитовой провинции. М.: «Наука», 1988. — 287 с. 

Khazan Y. Melt segregation and matrix compaction: The mush  continuity equation, compaction/segregation time, implications // Geophys. J. Int. 2010. V. 183. P. 601—610.

Хазан Я. М., Арясова О. В. Сегрегация расплава внутри частично расплавленной зоны: теория численные модели и следствия // Физика Земли. 2011. №5. С. 58—72.

Kaminsky F. V., Feldman A. A., Varlamov V. A., Boyko A. N., Olofinsky L.N., Shofman I.L. Vaganov V. I. Prognostication of primary diamond deposits // J. Geochem. Exploration. 1995. V. 53. P. 167—182.