Экспериментальное изучение фазовых отношений в перидотит-эклогит-карбонатитовых системах мантии в связи с проблемой генезиса алмаза

Бобров А.В.*, Литвин Ю.А.**

*Геологический факультет МГУ им. Ломоносова, Москва

**Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка

Важную роль в решении проблемы генезиса алмаза в условиях мантии Земли играет установление состава материнских сред его кристаллизации. Обнаружение в алмазах флюидных карбонатитовых включений, обогащенных H₂O, CO₂, SiO₂, K₂O и имеющих высокое внутреннее давление (4√7 ГПа) (Navon, 1991; Schrauder Navon, 1994), находится в основе представлений о сильно сжатых материнских многокомпонентных карбонатно-силикатных расплавах с растворенным углеродом и переменными содержаниями примесных (оксиды, фосфаты, хлориды, сульфиды, металлы, карбиды и др.) компонентов (Litvin, 2007). Модель природных карбонатно-силикатно-углеродных расплавов отвечает экспериментальному критерию сингенезиса алмаза и его ростовых включений, в соответствии с которым материнские среды должны обеспечить появление как самих алмазов, так и их сингенетических силикатных включений.

В настоящей работе изучена кристаллизация алмаза в многокомпонентных расплавах переменного состава, карбонатная часть которых представлена K₂CO₃ и K-Na-Ca-Mg-Fe-карбонатитами, а силикатная √ модельным перидотитом [60 мас.% оливина (Ol), 16 мас.% ортопироксена (Opx), 12 мас.% клинопироксена (Cpx), 12 мас.% граната (Grt)] и эклогитом [50 мас.% Grt, 50 мас.% Cpx]. В экспериментах, выполненных при PT-условиях стабильности алмаза, карбонатно-силикатные расплавы ведут себя как полностью смесимые жидкие фазы. При давлении 8,5 ГПа для переменных отношений силикатных и карбонатных компонентов в ростовых расплавах определены концентрационные барьеры нуклеации алмазной фазы (КБНА), которые в перидотитовой системе отвечают соответственно для K₂CO₃ и карбонатита 70 и 70 мас.% карбонатных компонентов, а в эклогитовой их доля снижается 55 и 60 мас.%. При более высоких содержаниях силикатов в силикатно-карбонатных расплавах происходит рост алмаза на затравке, сопровождаемый кристаллизацией термодинамически нестабильной графитовой фазы.

Появление в рассматриваемых алмазообразующих перидотит-карбонатных системах сингенетических алмазу силикатных минералов было определено в специальных сериях экспериментов при P=7,0 ГПа и T=1200√1800°С для составов перидотит₃₀√карбонат₇₀ (мас.%). В системе с участием (CaCO₃·MgCO₃) ликвидусной фазой является Ol, ниже 1700°С устойчива ассоциация Cpx + Ol + карбонатно-силикатный расплав (L), к которой при 1600°С присоединяется Grt. Для этой системы устанавливается преобладание Cpx среди силикатов, а Opx не был обнаружен ни в одном из опытов. Предполагается, что в богатых CaCO₃ составляющей системах Opx вступает в реакцию типа 2MgSiO₃ + CaCO₃ → CaMgSi₂O₆ + MgCO₃ и практически не реализуется как самостоятельная фаза. В системе перидотит-щелочной карбонат (K₂CO₃) устанавливаются следующие ассоциации: Opx(Ol) + L (1800°C), Opx + фаза X + L (1500°C), Opx + Ol + карбонат + L (1300°C), Opx + Ol + вадеит + карбонат (1200°С). Кристаллизация расплавов с участием модельного многокомпонентного (K-Na-Ca-Mg-Fe) карбонатита при снижении температуры приводит к следующей смене парагенезисов: Ol + L → Ol + Cpx (Grt) + L → Ol + Cpx (Grt) + карбонат (рис. 1а).

В эклогит-карбонатной системе для состава [Grt₅₀Cpx₅₀]₃₅Carb₆₅ (мас.%), отвечающего КБНА, при Р=7,0 ГПа и Т=1100√1700°С были проведены специальные эксперименты по изучению фазовых отношений. Ликвидусными фазами в данной системе являются гранат или клинопироксен, в зависимости от состава силикатной составляющей. Кристаллизация расплава (L) при снижении температуры происходила по следующей схеме смены парагенезисов: L √ Cpx+L (Grt+L) √ Grt+Cpx+L (Grt+Carb+L) √ Grt+Cpx+Carb+L √ Grt+CPx+Carb (Рис. 1б). В некоторых образцах было также установлено появление оливина и/или шпинели, что указывает на взаимодействие карбонатного расплава с минералами эклогита с образованием недосыщенных кремнеземом фаз.

Рис. 1. Схемы фазовых отношений при плавлении модельных систем с участием много-компонентного K-Na-Ca-Mg-Fe карбонатита, а также перидотита (а) и эклогита (б).

Полученные результаты подтверждают карбонатитовую (карбонатно-силикатную) модель генезиса алмаза и указывают на принципиальную возможность кристаллизации сингенетических алмазу силикатных минералов перидотитового парагенезиса в силикатно-карбонатных расплавах при PT-параметрах стабильности алмаза. При этом конкретный набор минеральных включений определяется химизмом карбонатно-силикатных систем, в том числе в плане состава карбоната. Полученная экспериментально силикатная минерализация обладает признаками, характерными для включений в природных алмазах (повышенная примесь K в Cpx и Na в Grt).

Поддержка: Программа П9 Президиума РАН, гранты ведущей научной школы НШ-5367.2008.5, РФФИ 08-05-00110 и INTAS 05-1000008-7927.

Литература

Navon O. High internal pressures in diamond fluid inclusions determined by infrared absorption // Nature. 1991. V. 335. P. 746√748.

Schrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. V. 58. P. 761√771.

Litvin Yu.A. High pressure mineralogy of diamond genesis. In: Advances in High-Pressure Mineralogy (edited by E. Ohtani). Geol. Soc. America Spec. Pap. 2007. V. 421. P. 83√103.

зеркало на сайте "Все о геологии"