2012

News	Registration	Abstract submission	Deadlines	Excursions	Accommodation	Organizing committee
First circular	Second circular	Abstracts	Seminar History	Program	Travel	Contact us

Взаимодействие гемоильменита с кимберлитовым расплавом при давлении 2 и 4 ГПа

Николенко Е.И. Афанасьев В.П. Чепуров А.И. Сонин В.М.

Институт Геологии и Минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск, Россия

nevgeny@gmail.com

Зональные ферримагнитные ильмениты известны в настоящее время как в кимберлитах Якутской алмазоносной провинции (Мало-Ботуобинский район, тр. Дачная, тр. Мир), так и в кимберлитах Африки (Ангола - тр. Катока, Заир - тр. Кунделунгу, Гвинея - поле Массаду) (Kampata et al., 1995; Nikolenko et al., 2010; Robles-Cruz et al., 2009). Ядерные части таких ильменитов обогащены гематитовым компонентом, а кайма представлена типичным для кимберлитов парамагнитным (при T_комн) пикроильменитом, обогащенным Mg, Ti, Cr и обедненым Al и Fe³⁺ (Nikolenko et al., 2010). Из-за низкого содержания MgO (6-17 мол.% Gei) при высоком содержании трехвалентного железа, ядерные части зональных ильменитов относятся к растворам ряда FeTiO₃ - Fe₂O₃, которые образуют гемоильмениты.

По нашему мнению данные ильмениты образовались в результате взаимодействия высокожелезистого исходного гемоильменита с кимберлитовым расплавом, обогащенным Mg и Ti. В рамках экспериментальных исследований предполагалось получить зональные ильмениты, по своему строению и составу аналогичные природным образцам из кимберлитов.

Эксперименты (таблица 1) проведены на беспрессовом аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» (Чепуров и др., 1997). Исследуемый образец, состоящий из гемоильменита, порошка кимберлита (в отдельных экспериментах добавлялся металлический титан, алюминий, оксид титана) помещался в платиновую капсулу, которая устанавливалась в ячейку высокого давления. Проведено две серии экспериментов при давлении 2.0 и 4.0±0.25 ГПа, в диапазоне 30 - 5520 минут и температуре 1500-1100±20 ⁰С. Параллельно выполнялись контрольные измерения содержаний железа в стенках платиновой капсулы, поскольку при температуре выше 800ºC платина образует серии твердых растворов с металлическим железом (Hansen, Anderko, 1958). Измерения после экспериментов показали, что за время эксперимента общая потеря FeO из системы составляет не более 3.5 % при 2 ГПа, 1100 ⁰С и 7,3 % при давлении 4 ГПа и температуре 1200 ⁰С, что вероятно не окажет значимого влияния на результат экспериментов.

В результате первой серии экспериментов при давлении 2 ГПа удалось получить кайму пикроильменита на ферримагнитных гемоильменитах путем реакционного взаимодействия с кимберлитовым расплавом при температуре 1100±20 ⁰С (Николенко и др., 2011). Замещение гемоильменита магнезиальным ильменитом протекает при достаточно высоком количестве TiO₂ в системе по гетеровалентной схеме изоморфизма

Таблица. 1. Параметры экспериментов.

№ Эксп.	t, мин	T, ⁰С ¹	P, ГПа²	M, мг	М, гильм, мг	Кимберлит³, мг
1. 4-6-09	120	1350 ±20	2.0±0.25	-	17.25	180.3 (ПСК)
2. 4-11-09	30	1100 ±20	2.0±0.25	-	12. 1	193.0 (ПСК)
3. 4-15-09	60	1100 ±20	2.0±0.25	-	34.4	212.8 (ПСК)
4. 4-17-09	600	1100 ±20	2.0±0.25	-	47.7	182.0 (ПСК)
5. 4-43-09	300	1100 ±20	2.0±0.25	85.9 (Ti)	34.2	165.5 (ПСК)
6. 4-10-10	3000	1100 ±20	2.0±0.25	87.4 (Ti)	21.1	172.1 (ПСК)
7. 4-16-10	5520	1100 ±20	2.0±0.25	86.4 (Ti)	10.5	168.0 (ПСК)
8. 4-64-10	120	1100 ±20	2.0±0.25	96.2 (Ti)	12	164.8 (ПСК)
9. 4-4-11	120	1100 ±20	2.0±0.25	-	14.8	162.2 (ПСК)
10. 4-22-11	120	1100 ±20	2.0±0.25	56 (Al)	26	200.0 (ПСК)
11. 4-49-11	120	1100 ±20	2.0±0.25	9.5 (TiO₂)	20.4	169.6 (ПСК)
12. 4-1-12	120	1100 ±20	2.0±0.25	9,8 (TiO₂)	30,8	173.3 (УД)
13. 4-3-12	120	1100 ±20	2.0±0.25	9,6 (TiO₂,) 55,7 (C)	11,6	148.2 (УД)
14. 4-77-11	135	1200 ±20	4.0±0.25	-	25.1	170.7 (ПСК)
15. 4-2-12	120	1100 ±20	4.0±0.25	9,6 (TiO₂)	33.7	176.6 (УД)
16. 4-4-12	120	1200 ±20	4.0±0.25	9,5 (TiO₂)	25.4	169.3 (УД)
17. 4-7-12	120	1300 ±20	4.0±0.25	9,5 (TiO₂)	12	177.7 (УД)
18. 4-8-12	120	1400 ±20	4.0±0.25	9,5 (TiO₂)	21.1	173.8 (УД)
19. 4-11-12	120	1400 ±20	4.0±0.25	95.3 (Ti)	15.2	178.1 (УД)
20. 4-12-12	120	1500 ±20	4.0±0.25	9,3 (TiO₂)	10	175.1 (УД)

[1]Температуру измеряли PtRh 30/6 – термопарой. Охлаждение образцов производили закалкой.

2Калибровку давления проводили при комнатной температуре по фазовым переходам в Bi и PbSe.

3 Кимберлит для эксперимента: ПСК – тр.Поисковая, образец ПСК-218/66; УД – тр.Удачная, образец УД-04-138.

(Ti⁴⁺+Mg²⁺↔2Fe³⁺). При недостатке в системе TiO₂реакция протекает по изовалентной схеме (Mg²⁺↔Fe²⁺). На данном этапе исследования не обнаружено значительного влияния изменения окислительно-восстановительной обстановки в системе от буфера CCO до буфера Ti-TiO₂ на результат взаимодействия гемоильменита с кимберлитовым расплавом.

В результате второй серии экспериментов при давлении 4 ГПа кайму удалось получить при температурах 1300-1500 ⁰С. При этом мощность каймы полученной при 1300 ⁰С была порядка 30 микрон, а при 1500 ⁰С уже 150 микрон. Образованная в результате реакционного взаимодействия кайма при 4 ГПа имеет более высокое содержание гематитового компонента (21-34 мол. %) относительно каймы полученной при 2 ГПа (6-10 мол. %) при одинаковых исходных образцах. Такая же тенденция наблюдается при рассмотрении состава микрокристаллического ильменита, кристаллизовавшегося из расплава (Рис. 1).

Рис.1. Состав ильменитов полученных в результате экспериментов: 1- состав исходного гемоильменита; 2- состав каймы на гемоильмените, полученной в результате экспериментов № 4-7-12, 4-8-12, 4-12-12; 3- состав микрокристаллических ильменитов полученных в результате экспериментов № 4-7-12, 4-8-12, 4-12-12; 4- состав каймы на гемоильмените, полученной в результате эксперимента 4-1-12; 5- состав микрокристаллических ильменитов полученных в результате эксперимента 4-1-12.

Возможность образования зональности при низком давлении (2 ГПа) а также незавершенность реакции на природных гемоильменитах указывают на протекание данного процесса на поздних этапах развития магматического процесса. При этом температура, при которой происходит взаимодействие гемоильменита с кимберлитовым расплавом довольно высокая, и значительно превышает модельные геотермы для кратонов при значении тепловых потоков 40-44 мвт/м² (Pollack, Chapman, 1977), что может указывать на значительное термальное событие сопровождающее внедрение кимберлитового расплава.

Образование первоначального гемоильменита и его дальнейшее преобразование, вероятно, происходило в разных магматических резервуарах, при этом источник гемоильменита пока не известен.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта президента РФ MK-908.2011.5.

Литература:

Николенко Е.И. Афанасьев В.П. Жимулев Е.И. Чепуров А.И. Реакционное взаимодействие гемоильменита с кимберлитовым расплавом при давлении 2 ГПа и температуре 1100 °С. Рудный потенциал щелочного кимберлитового и карбонатитового магматизма. Минск. 2011. с. 145-147.

Чепуров А.И., Федоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования. Изд. СО РАН. НИЦ ОИГГМ. Новосибирск. 1997. 196 с.

Hansen M., Anderko K. Constitution of binary alloys. New York: Mac Graw Hill Book Co. 1958.

Kampata M.D., Moreau J., Hertogen J., Demaiffe D., Condliffe E., Mvuemba N.F. Megacrysts and ultramafic xenoliths from Kundelungu kimberlites (Shaba, Zaire). Mineralogical Magazine. 1995. v.59, p. 661-676.

Nikolenko E.I., Afanas’ev V.P., Pokhilenko N.P., Peculiarities of the Composition of Zoned Picroilmenites from the Massadou Field (Giunea) and Dachnaya Pipe (Yakutia) Kimberlites Doklady Earth Sciences. 2010. Vol. 434, Part 2, pp. 1386–1389.

Pollack H.N., Chapman D.S., On the regional variations of the heat flow, geotherms, and lithospheric thickness // Tectonophysics, 1977. v.38. p.279-296.

Robles-Cruz S.E., Watangua M., Isidoro L., Melgarejo J.C., Gali S., Olimpio A. Contrasting compositions and textures of ilmenite in the Catoca kimberlite, Angola, and implications in explorations for diamond. Lithos. 2009. 112S. p. 966-975.