Тезисы международной конференции

Рудный потенциал щелочного, кимберлитового

 и карбонатитового магматизма

Abstracts of International conference

Ore potential of alkaline, kimberlite

and carbonatite magmatism

роль процесса захвата и контаминации обломочного материала литосферной мантии  в становлении  кимберлитов

Костровицкий С.И., Эсенкулова С.А., Яковлев Д.А., Калашникова Т.В.

 Учреждение Российской академии наук Институт геохимии СО РАН, г. Иркутск serkost@igc.irk.ru

В наиболее распространенных, принятых геологической общественностью определениях кимберлитовых пород, прежде всего, обращается внимание на химический и минеральный составы (Mitchell, 1986).  Однако, на наш взгляд, понять природу кимберлитов невозможно без оценки степени, масштаба проявления процесса гибридизации при формировании этих пород. Впрочем, гибридная природа кимберлитов признается ведущими исследователями. Даже в самых ранних публикациях (Davidson, 1964), посвященных вопросам происхождения пород, к кимберлитам используется термин “slurry” (гидросмесь, цементный раствор). Примечательно, что Р. Митчелл, описывая минеральный состав гипабиссальных кимберлитов, указывает, что они состоят из оливиновых макрокристов (~25 об. %), оливиновых фенокристов (~25 об. %), погруженных в карбонат-силикатный мезостазис (Mitchell, 2008). Обычно термин «макрокристы» используется авторами, как нейтральный, когда происхождение минерала остается неопределенным. Действительно, макрокристы оливина (Ol)  в кимберлитах могли появиться и за счет дробления перидотитов литосферной мантии, и в результате  кристаллизации в первичном глубинном магматическом очаге, или во время восхождения кимберлитового расплава-флюида из мантийных глубин. О ксеногенной природе Ol макрокристов уверенно свидетельствует угловатая обломочная форма зерен, их микротрещиноватость, нередкое наличие двухвершинного типа гистограмм распределения форстеритового компонента в Ol и, наконец, встречающиеся ксенолиты самих перидотитов. Считается (Костровицкий, 1986), что Ol с более магнезиальным составом (91-94% Fo) появился за счет дезинтеграции в целом высокомагнезиальной литосферной мантии, а Ol с более железистым составом (86-90% Fo) кристаллизовался из первичного кимберлитового расплава. Причем, начало кристаллизации оливина,  как минерала мегакристной низко-хромистой ассоциации, происходило в астеносферном слое.

Соотношение высоко-Mg и относительно низко-Mg оливинов в кимберлитах разных трубок и даже в пределах одной трубки, но в разных структурно-текстурных разновидностях кимберлитов, широко варьирует – от 50 на 50 % до 100% только высоко-Mg оливина (Костровицкий, 1986). На наш взгляд, именно соотношение оливинов разного состава может служить в определенной мере показателем степени обогащенности или «засоренности» кимберлитового расплава ксеногенным материалом. Приближенный характер оценки засорения связан с тем, что этот показатель не учитывает количество уже контаминированного расплавом ксеногенного материала. Соотношение оливинов может лишь качественно указывать на масштаб происшедшей контаминации. Соотношение оливинов четко коррелируется и с химическим составом породы, и с содержанием пикроильменита в кимберлите. При повышенной концентрации FeO_total в кимберлитах относительное количество высоко-Mg оливина заметно снижается; содержание пикроильменита в высокомагнезиальных кимберлитах падает до нуля.

Широкий диапазон изменчивости химического состава кимберлитов, а с другой стороны, устойчивые различия в составе кимберлитов, выполняющие отдельные трубки, кусты трубок и даже поля трубок явились основанием для разработки петрохимической классификации кимберлитов (Костровицкий и др., 2007). Было выделено 5 петрохимических типов кимберлита, различающихся по содержанию FeO, TiO₂, K₂O, в том числе, два основных для алмазоносных кимберлитовых полей – высокомагнезиальный и магнезиально-железистый. Характерно, что кимберлиты разных петрохимических типов отличаются по минералогии. В тяжелой фракции высокомагнезиальных кимберлитов доминируют гранаты и шпинелиды и практически отсутствует низко-Cr мегакристная минералов. Во фракции магнезиально-железистых кимберлитов преобладает пикроильменит. Установленный факт практической близости изотопно-геохимических характеристик кимберлитов разных  петрохимических типов послужил для авторов (Костровицкий и др., 2007) основанием для вывода о существовании разных мантийных источников при их становлении – астеносферного, определяющего изотопный и микроэлементный (только некогерентые элементы) состав, и литосферный, являющийся ответственным наряду с астеносферным за формирование петрохимического состава.

Мы считаем, что высокомагнезиальный тип кимберлитов произошел, в основном, за счет дезинтеграции, захвата и частичной контаминации пород литосферной мантии. Яркой иллюстрацией данного заключения может служить брекчия порфирового кимберлита из трубки Интернациональная, которая на 40-60% сложена макро-, мегакристами оливина явно обломочной формы (Рис. 1), принадлежащими дунит-гарцбургитовому парагенезису. К такому же выводу мы приходим и при рассмотрении особенностей состава брекчиевых  и массивных кимберлитов, слагающих трубочные и даечные тела Куойкского поля, и в  частности, трубку Обнаженная. Брекчиевые по сравнению с массивными разновидностями кимберлиты характеризуются более высоким содержанием SiO₂, MgO и более низким CaO и CO₂. Начало формирования брекчий, по-видимому, следует отнести к моменту прохождения кимберлитовым расплавом-флюидом литосферной мантии и связано с процессами дезинтеграции и захвата ее пород.

 Происхождение низко-Cr мегакристной ассоциации минералов связывается с астеносферным расплавом (Boyd, Nixon, 1975), который, в свою очередь, послужил основой для формирования первичного кимберлитового расплава. Об этом свидетельствуют близость изотопных Sr-Nd систематик, возрастных характеристик для мегакристов и кимберлитов,  модельные расчеты состава исходного материнского расплава для мегакристов граната (Костровицкий и др., 2008; Соловьева и др., 2008; Nowell et al, 2004). Если принять за начало становления кимберлитов кристаллизацию  мегакристной ассоциации минералов, а за конец – кристаллизацию оливина основной массы, то эволюция состава кимберлитового расплава будет выглядеть, как происходящая в направлении повышения его магнезиальности. Этот анормальный тренд развития магматического расплава может быть объяснен только непрерывно происходящим процессом контаминации высокомагнезиальными породами литосферной мантии.

Таким образом, проявления кимберлитового вулканизма нами рассматриваются, как каналы прорыва астеносферного расплава-флюида через литосферную мантию к поверхности Земли, сопровождающегося дезинтеграцией и частичной контаминацией пород мантии. Возникновение разных петрохимических типов кимберлита, возможно, обязано разному соотношению флюидной и расплавной частей астеносферного источника и обусловленной этой причиной разному объему захваченного обломочного материала литосферной мантии. Высокомагнезиальный тип кимберлита формировался при прорыве преимущественно флюидной части астеносферы, производящей более интенсивную дезинтеграцию и последующий захват обломочного литосферного материала. В образовании магнезиально-железистого типа кимберлита участвовали как флюидная, так и расплавная части астеносферного вещества. Расплавная часть объясняет и повышенное содержание в кимберлитах FeO, TiO₂, и наличие в них мегакристных оливина, граната и пикроильменита.

Исследование выполнено при поддержке интеграционных грантов № N 27.1,  59  and 115.

Литература:

Костровицкий С. И. Геохимические особенности минералов кимберлитов. Новосибирск: Наука. 1986. 263с.

Костровицкий С.И., Морикио Т., Серов И.В., Яковлев Д.А., Амиржанов А.А. Изотопно-геохимическая систематика кимберлитов Сибирской платформы. Геология и геофизика. 2007. Т. 48. № 3. С. 350-371.

Соловьева Л.В., Лаврентьев Ю.Г., Егоров К.Н., Костровицкий С.И., Королюк В.Н., Суворова Л.Ф. Генетическая связь деформированных перидотитов и мегакристов граната из кимберлитов с астеносферными расплавами. Геология и геофизика. 2008. Т. 49. № 4. С. 281-301.

Boyd   F.R., Nixon P.H. (1975) Origin of the ultramafic nodules from some kimberlites of Northern Lesotho and the Monastery Mine, South Africa. In:  Physics  and  Chemistry of the  Earth. New York: Pergamon  Press. V. 9, 431-454.

Davidson E.F. (1964) On diamantiferous diatrems. Econom. Geology. V. 59. P. 1368-1380.

Mitchell Roger H. (2008) Petrology of hypabyssal kimberlites: Relevance to primary magma compositions. Journal of Volcanology and Geothermal Research. V. 174. P. 1–8.

Nowell G.M., Pearson D.G., Bell D.R., Carlson R.W., Smith C.B. and Noble S.R. Hf isotope systematics of kimberlites and their megacrysts: new constraints on their source regions. J. of Petrology. 2004. V. 45. N. 5. P. 1583-1612.

 Рис. 1. Фотография брекчии порфирового кимберлита с трубки Интернациональная. На фото видны 2 зерна пиропа дунит-гарцбургитового парагенезиса.