2
ОГЛАВЛЕНИЕ:
стр.
Введение ------------------------------------------------------------------------- 3
Глава 1. Основы петрологии верхней мантии н обзор термодинамических моделей минералов, используемых в работе.................................—............. 11
Глава 2. Разработка методов оценки Р-Т параметров глубинных включений В пород верхней мантии 34
Глава 3. Определение глубинности кимберлитов и родственных им пород Восточно-Европейской платформы ..................................................... 78
Глава 4. Оценка окислительно-восстановительных условий {/0г) для глубинных парагенезнсов верхней мантии н земной коры................................. 131
Глава 5. Экспериментальное изучение процессов образования фуллереноподобного углерода из флюидной фазы при Р-Т параметрах, соответствующих природному минералообразованию.........м.....«......^................^.168
»
Глава 6. Петрологическая модель образования алмаза в верхней мантиим........176
Заключение ••••«• •••••«••«••••«••••••••••»••»•«а ••••••••••••••«•••••»«• ••••«• •••••••••••••••••••••••••• «•••••••••••••«•»•• 189
Литература
192
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Температура, давление и окислительно-восстановительный потенциал среды являются основными термодинамическими параметрами, определяющими характер минералообразующих процессов в верхней мантии, в том числе и образование алмаза. На сегодняшний день существует достаточное количество методов, позволяющих рассчитывать Р-Т-параметры для перидотитовых ассоциаций,
вынесенных кимберлитовыми магмами из мантии. Однако подобные методы до сих пор не разработаны для эклогитовых ассоциаций: отсутствуют способы оценки степени окисленности флюида, а также надежные барометры для определения глубинности эклогитообразования. Большинство современных работ, посвященных генезису природного алмаза и мантийных пород, ограничиваются определением Р-Т параметров. Лишь немногие из них уделяют внимание окислительно-восстановительной обстановке глубинного петрогенеза (Федоров, 1995; Daniels and Gurney, 1991; Woodland and Peltonen, 1999). Вместе с тем, более двадцати лет тому назад Л.Л.Перчук и В.И.Ваганов (Perchuk, Vaganov, 1980) установили эмпирическую связь алмазоносности кимберлитов Якутии с изменением степени окисления в них железа. С тех пор эту проблему никто фундаментально не изучал, хотя образование алмаза и кимберлитовых магм рассматривалось в системе псридотит-О-Н-С (например, Ellis and Wyllie, 1979; Eggler and Baker, 1982; Eggler et al., 1979). Важным аспектом этой системы является состав флюида, который влияет на параметры выплавления магм и на процесс образования или растворения в них свободного углерода Орафита или алмаза). Поверхность солидуса в данной системе зависит как от соотношения Н2О/СО2 во флюиде, так и от степени растворения этих компонентов в расплаве, растворимость которых в силикатном расплаве увеличивается с ростом давления. Следовательно, равновесие алмаза с этим расплавом
23
1.3.Методы расчета минеральных равновесий; известные модели активностей минеральных растворов.
В общем случае расчет равновесной реакции минеральных компонентов осуществляется, исходя из условия:
Zi pi Xj = 0 (1)
Исходя из этого, можно записать:
-Zj G jт,р - -Zj RTlncXi = RT InKpcanu (2)
Константа реакции типа: mA + nB = kC + ID записывается следующим образом:
-AGt.p/RT= In КрсакцГ (а£а!> )/(«>£) (3)
где AGt.p - суммарная энергия Гиббса реакции, которая определяется суммой энергий участстников реакции:
AGj,p ~ kGc + IGd - mGA - nGo (4)
(R - газовая постоянная, T - температура по Кельвину (К), а - активность компонента).
На сегодняшний день существуют различные взаимосогласованные термодинамические
базы данных, содержащие константы для различных групп минералов. Наиболее
известными на являются базы Бермана (1988), Моэхсра и др. (1988), Холланда и Пауэлла
(1998), Роби и др. (1978), Дорогокупца и др. (1988). Однако ни одна из них не включает в
себя полный набор минеральных фаз, необходимый для расчетов. Для разработки гранат-
клинопироксеновых термобарометров нами использовались данные из базы Бермана
(1988), поскольку имеются согласованные с ней модели активности фанатов и
клинопироксенов. При создании моделей кислородных барометров для условий верхней
мантии большинство исследователей используют базу Моэхера и др.(1988), и
согласованную с ней модель активности фаната (Luth et al., 1990;Gudmundson and Wood, I 3 3 Г).
Для разработки термобарометров следует рассмотреть существующие модели активностей и закономерности распределения элементов по позициям для таких минералов верхней мантии как оливин, пирокссны и гранат. В минералах изоморфные катионы распределяются по энергетически неэквивалентным позициям. Между ними возникает взаимодействие не только в пределах одной позиции (одного энергетического уровня), но и между различными позициями (энергетическими уровнями), что в конечном итоге вносит дополнительный энергетический вклад в химические потенциалы минеральных компонентов. Такой тип взаимодействия называется перекрестным.
Определение избыточной энергии перекрестного взаимодействия основано на
использовании энергии “обменных” реакций типа:
AR + СО = CR + AQ (X)
AR + BQ = BR + AQ (XI)
АР + CQ = CP + AQ (XII)
АР + BQ = BP + AQ * (XIII)
где А, В и С - элементы на позиции X; Q, Р и R - элементы на позиции Y.
Перекрестные избыточные энергии компонентов, участвующих в этих реакциях, рассчитываются по следующим формулам (Wood and Nicols, 1978):
RTln удо = ■ XcXr AGi - XbXq ДОп - XoXp AGui - XbXq AGiv (5)
RTln -/ap = ■ XcXr AGi - XbXq AGu + Xc (1 -Xp) AGm - Хв (1 -Xp )AGiv (6)
RTln Yar= - Xc(l-XR )AG, - Xb(1-Xr)AG„ - XcXP AG„, - XbXpAG,v (7)
RTln 7bq=-XcXr AG, -(1-Xb)XrAG„ - XcXp AG,„-(1-Xb)Xp AG,v (8)
RTln ycQ = (1 - Xc )Xr AGj -XbXrAGh + (1- Xc)Xp AG»i - XßXPAGiv (9)
Оливины. Для них выделяются 3 структурные позиции: 2 октаэдрические - М| и Мг, и одна тетраэдрическая, соответствующая кремне-кислородному тетраэдру. В общем виде формулу оливина можно записать в следующем виде:
- Киев+380960830922