WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

Электронный научноинформационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН»

№1(21)ў2003

URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/12003/informbul1/term2.pdf

Равновесия минералов и алмазообразование

в мантийных эклогитах

© Бутвина В.Г., Литвин Ю.А.*

Московский государственный университет им.М.В. Ломоносова, геологический

факультет

*Институт экспериментальной минералогии РАН, г.Черноголовка Московской обл.

butvina@hotbox.ru тел: (095) 9392971 Фазовые равновесия эклогитов на примере многокомпонентной системы гранат – клинопироксен (омфацит) исследованы в эксперименте при 7 ГПа и 1200 – 1600оС, что отвечает РТ условиям стабильности алмаза. Это позволило построить поверхность ликвидуса в базовой тройной системе (альмандин, гроссуляр) – (пироп, гроссуляр) – омфацит, а также определить физико – химические закономерности формирования алмазоносных эклогитов. Развиты представления, в соответствии с которыми главное значение в формировании алмазов в эклогитах могут иметь карбонатно – силикатные и сульфидные природные среды, обоснованные как материнские современными экспериментальными [1] и минералогическими исследованиями [2]. Эксперименты показали, что силикатные расплавы, в их числе и эклогитовые, не являются эффективными растворителями углерода и не создают пересыщенные к алмазу лабильные растворы, критически необходимые для cпонтанной нуклеации алмаза. Т.о. силикатные расплавы не могут быть материнскими природными средами для формирования алмаза.

Из многообразия составов эклогитов в кимберлитах (например, выделено генетических групп гранатов по кластерному анализу [3]) избраны алмазоносные ильменит – рутиловые магнезиально – железистые эклогиты (группа 3). Такие же составы характерны и для эклогитов Максютовского эклогит – глаукофансланцевого комплекса (Южный Урал), который интересен нам с точки зрения полифациальности минералов (обратная зональность граната, параморфозы графита по алмазу). В табл.1 показано, что составы минералов в алмазоносных магнезиально – железистых эклогитах из кимберлитов и эклогитах Максютовского комплекса близки.

Таблица Представительные химические анализы гранатов и клинопироксенов из эклогитов мантийных нодулей трубок Русловая и Обнаженная* № обр.

Минерал Компоненты Название трубки SiO TiO Al2O FeO + Fe2O MnO MgO CaO Na2O 4/ Grt*** 37. 0. 21. 25. 0. 4. 11. 0. 4/ Cpx 54. 0. 8. 7. 0. 8. 14. 6. АО Grt 38. 0. 21. 27. 0. 3. 8. 0. Обнаженная АО Cpx 54. 0. 7. 9. 0. 7. 15. 5. РСЛ Grt 37. 0. 21. 28. 0. 3. 8. 0. Русловая РСЛ Cpx 55. 0. 7. 8. 0. 8. 14. 4. кл.группа 3** Grt 38.30? 42. 0.00? 0. 19.52? 23. 11.59 ? 28. 0.17? 0. 7.50? 17. 2.50? 14. 0.00? 0. Разн.трубки, 129 анализов кл.группа 4** Cpx 51.37? 56. 0.00? 1. 3.43 ? 12. 1.56? 9. 0.00? 0. 7.92? 17. 10.00? 20. 2.81? 7. Разн.трубки, 176 анализов * Литературные данные [9].

**Литературные данные [3]. Кластерная группа клинопироксенов №4 из:

магнезиальных, магнезиальножелезистых, глиноземисто ± алмазоносных эклогитов.

***Условные обозначения используемых символов: Grt – гранат, Cpx – клинопироксен, Alm – альмандин, Prp – пироп, Grs – гроссуляр, Jd ­– жадеит, Hd – геденбергит, Di – диопсид, L – расплав.

Ранние эксперименты в эклогитовой системе [4] дали возможность установить фазовые поля на псевдобинарной диаграмме гранатклинопироксен, а также определить характер гранатклинопироксенового равновесия. Эксперименты проводились с использованием вольфрамового буфера: капсулы футеровалась изнутри вольфрамовой фольгой тощиной 0.02 мм для предотвращения частичной абсорбции железа из расплава сплавом Pt60Rh40. При частичном окислении вольфрама в опытах формировалась буферная пара W/WO2, обеспечивающая устойчивость двухвалентного железа [5]. Давление и температура определялись с точностью, соответственно, ± 0.1 ГПа и ± 10оС в интервале 1500 – 1700оС и ± 20оС при более высоких температурах.

Таблица Условия и результаты экспериментов в системе гранатклинопиросен при 7,0 ГПа № GrtCpx материал ампулы t,мин     компоненты, ат.% T, C Фазы SiO Al2O FeO MnO MgO CaO Na2O                   старт. Сост.

        Grt 37, 21, 25, 0, 4, 11,           Cpx 54, 8, 7, 0, 8, 14, 6, PtRh р.а.* Cpx+Grt                         Cpx 56, 12, 9, 0, 4, 8, 8,           Cpx 55, 12, 7, 0, 6, 11, 7,           Grt 38, 20, 22, 0, 6, 11,             Grt 39, 20, 24, 0, 4, 10,   PtRh р.а. Cpx+Grt                         Cpx 54, 16, 4, 0, 6, 11, 5,           Grt 40, 22, 12, 0, 10, 12,   PtRh р.а. Cpx+Grt                         Cpx 55, 11, 10, 0, 5, 10, 7,           Cpx 55, 12, 8, 0, 5, 11, 6,           Cpx 55, 11, 7, 0, 6, 11, 7,           Grt 40, 19, 19, 0, 8, 11,             Grt 38, 20, 23, 0, 6, 11,   PtRh, W р.а. Cpx+Grt+L                         L 50, 15, 13, 0, 6, 10, 2,           Grt 40, 21, 20, 0, 6, 9,             Grt 41, 22, 18, 0, 8, 9,             Cpx 55, 14, 6, 0, 6, 10, 7,           Cpx 55, 15, 5, 0, 6, 9, 7, PtRh, W р.а. Cpx+Grt+L                     L(рассч)** 47, 15, 16, 0, 6, 13, 3,           Grt 40, 21, 23, 0, 5, 8,             Grt 39, 21, 23, 0, 6, 9,             Grt 39, 21, 22, 0, 7, 9,             Cpx 55, 11, 7, 0, 6, 11, 6,           Cpx 55, 10, 7, 0, 8, 12, 6, PtRh, W р.а. L                         L(рассч) 47, 15, 16, 0, 6, 13, 3,           L 41, 12, 14, 0, 10, 14, 7,           L 45, 14, 17, 0, 5, 14, 2,           L 50, 14, 12, 0, 4, 16, 1, Примечание: *р.а.равновесная ассоциация в данном поле фазовой диаграммы;

**состав расплава рассчитан для котектической температуры (1500С).

Образцы изучались методом микрозондового анализа на электронном микроскопе CamScan с энергодисперсионным микрозондом Link AN 10/85S (кафедра петрологии МГУ, при участии Е.В. Гусевой и Н.Н. Коротаевой) и микрозонде Camebax (ИЭМ РАН, при участии А.Н. Некрасова).

Условия и результаты опытов приведены в табл. 2, полученная фазовая диаграмма системы клинопироксен – гранат при 7.0 ГПа дана на рис. 1. Система гранат омфацит является внутренним политермическим разрезом тройной системы (альмандин + гроссуляр) – (пироп + гроссуляр) – клинопироксен (рис.4), ликвидусные равновесия которой важны для петрологических оценок.

Рис.1. Диаграмма плавкости псевдобинарной эклогитовой системы клинопироксен (омфацит) – гранат с многокомпонентными составами граничных фаз при давлении ГПа.

Рис.2. Дендритная кристаллизация фаз в процессе закалки эклогитового расплава состава Cpx50Grt50 (обр. 723, 7 ГПа, 1600 оС, 30 мин).

Прежде всего, рассмотрим фазовые отношения псевдобинарной системы клинопироксен (омфацит) – гранат (рис.1). В ее субсолидусе два фазовых поля: (1) Cpxss и (2) Cpxss + Grtss. Составы Cpxss формируются как твердые растворы Mg, Ca, Fe компонентов типа ортопироксена и молекулы Чермака (с суммарными составами граната) в клинопироксене. Граница между однофазовым и двухфазовым полями представляет собой кривую температурной зависимости предельно насыщенных составов клинопироксена, и ее положение коррелирует с составами клинопироксенов двухфазового поля. Плавление двухфазовой ассоциации омфацит + гранат начинается при 1400 оС и имеет эвтектический характер. Наличие поля Cpx+Grt+L свидетельствует о существовании моновариантной котектики в базовой тройной системе. С повышением температуры составы всех котектических фаз изменяются. В образцах котектического поля расплавы закаливались в виде стекла, дендритных закалочных форм не наблюдалось. В образцах 910, 916 расплавы не удалось проанализировать, и их составы рассчитывались по составу системы в точке ее полного плавления при 1500 оС (Cpx50Grt50, мол. %), которая является минимальной температурой ликвидуса. Ликвидусными фазами являются клинопироксен и гранат. При закалке расплавы чаще превращаются в однородные стекла. Иногда формируются закалочные дендритные текстуры. На рис.2 дан пример такой текстуры, внутри которой можно наблюдать единичные скелетные микрокристаллики клинопироксена и граната, образовавшиеся, скорее всего, в процессах закалки при температурах ниже ликвидусных – в поле, соответствующем моновариантной котектике Cpx+Grt+L (рис. 1). На рис.3 представлен образец трехфазовой котектической ассоциации Cpx+Grt+L; составы сосуществующих фаз см. табл.2.

Наблюдается незначительное повышение содержания магнезиального компонента в гранате с повышением температуры в поле субсолидуса (обр.722719) и обратный характер в поле Cpx+Grt+L (обр.908916).

На рис.4 представлена диаграмма поверхности ликвидуса псевдотройной системы (альмандин + гроссуляр) – (пироп + гроссуляр) – омфацит при 7.0 ГПа. При построении использованы полученные экспериментальные данные для псевдобинарной системы омфацит – гранат, являющейся внутренним политермическим разрезом рассматриваемой тройной системы (штрих – пунктирная линия на рис.4).

Температуры плавления граничных фаз оценивались, исходя из известных данных для отдельных компонентов твердых растворов Cpxss и Grtss. Так, граничная система альмандин – пироп изучена нами ранее при 6.5 ГПа [6] и отличается неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях.

Небольшие количества гроссулярового компонента принципиально не меняют картину, так как гроссуляр также является компонентом твердого раствора граната. Также граничной является система альмандин, гроссуляр – клинопироксен. Температура (1450 оС при составе Cpx40Alm60) эвтектического плавления оценена с помощью специальных опытов в системе альмандин – клинопироксен. Полученные данные позволили определить позицию моновариантной котектики в тройной системе.

Третьей граничной системой является пироп – клинопироксен, температура эвтектического плавления (1520 оС) и состав эвтектики были оценены по известным данным для диопсида, пиропа и жадеита [7,8]. Рассчитана форма поверхности ликвидуса тройной системы и проведены изотермы ликвидусной поверхности на основе экспериментальных данных (см. рис.1).

Рис.3. Равновесная котектическая ассоциация клинопироксена, граната и стекла (обр. 908, 7 ГПа, 1450 oС, 50 мин).

Рис.4. Ликвидусная поверхность эклогитовой системы клинопироксен гранат при давлении 7 ГПа в развернутом виде вдоль граничных составов твердых растворов граната; исследуемое псевдобинарное сечение (рис. 1) показано толстой пунктирной линией; цифры возле изотерм (тонких пунктирных линий) – температуры в оС.

При постоянном давлении не существует физико – химических причин для формирования гранатов с обратной Mg/Fe зональностью по распределению в условиях как равновесной, так фракционной кристаллизации. Это связано с тем, что составы кристаллизующихся гранатов с понижением температуры контролируются в основном граничной пироп – альмандиновой гранатовой системой, что может привести только к их нормальной зональности – содержание железистого компонента растет от центра к периферии кристалла. Эффект же обратной Mg/Fe зональности, как показано ранее [6], может являться следствием кристаллизации эклогитовых магм при скачкообразном понижении общего давления, т. е. при их резком подъеме к поверхности.

Проблема алмазоносности эклогитов не может быть решена в рамках сугубо силикатной или, точнее, силикатноуглеродной системы. Предварительные экспериментальные исследования системы эклогит – карбонатит – сульфид – углерод при 6 – 8 ГПа, направленные на решение проблемы алмазоносности эклогитов, определили несмесимость силикатных и сульфидных расплавов при сверхдавлениях и показали важное значение карбонат – силикат – углеродных расплавов и сульфид – углеродных расплавов в алмазообразовании.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (по проектам № 010564598, 020564684, 030506288мас), гранта Научной Школы № 1301.2003.5 и ОНЗ РАН (приоритетная тема 106, 2003 г.).

Литература 1. Литвин Ю.А., Бутвина В.Г., Бобров А.В., Жариков В.А. // ДАН. 2002. Т. 382.

№1. С. 106109.

2. Bulanova G.G., Griffin W.L., Ryan C.G. // Mineral. Mag. 1998. V. 62. № 3. P.

409419.

3. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Марфунин А.С., Михайличенко О.А. Включения в алмазе и алмазоносные породы. Москва: Издво МГУ,1991. 240 с.

4. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А. Изучение системы омфацитгранат при 7.0 ГПа:

экспериментальное моделирование условий формирования алмазоносных эклогитов // Электр. науч.инф. журн. "Вестник Отделения наук о Земле" № 1(20)?2002, URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/12002/informbul1/faza3.pdf 5. Литвин Ю.А. Физико – химические исследования плавления глубинного вещества Земли. Москва: Наука. 1991. 312 с.

6. Бутвина В.Г., Бобров А.В., Литвин Ю.А. // ДАН. 2001. Т. 379. № 5. С.

655658.

7. Irifune T., Ohtani E. // J. Geophys. Res. 1986. V. 91. № 39. P. 9357 – 9366.

8. Litvin Yu.A., Gasparik T. // Geochim. et cosmochim. acta. 1993. V. 57.

P.20332040.

Pages:     || 2 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.