Элементы группы платины. Происхождение деформированных лерцолитов. Общие представления о фракционировании элементов группы платины. Петрография и минералогия деформированных лерцолитов. Геологическое положение трубки Удачная. Петрография и минералогия.
Аннотация к работе
Удачная - это уникальный мантийный материал - нет вторичных (поверхностных) изменений и глубина опробования достигает до 230 километров на Сибирской платформе. Деформированные перидотиты являются представителями глубинных мантийных пород, выносимых кимберлитовым магматизмом и, как предполагается, находятся на границе литосферы и астеносферы. По существующим представлениям, деформированные лерцолиты (ДЛ) образуются в результате вторичного обогащения при взаимодействии ультрадеплетированных пород низов литосферной мантии (гарцбургитов, дунитов) с расплавами астеносферного происхождения [Nixon]. Целью данной работы является установить особенности изменения распределения ЭПГ в деформированных лерцолитах при вторичных процессах и тем самым выяснить, к какому типу мантийных пород они относятся по содержанию ЭПГ. Ксенолиты этих пород встречаются в кимберлитовых трубках всех древних кратонов и по PT-условиям равновесия являются наиболее глубинными из всех мантийных нодулей и несут основной объем информации о составе и эволюции нижних слоев литосферной мантии.Но в какой степени это могло произойти, остается спорным, изза неопределенности в зависимости от параметров температуры-давления от коэффициентов распределения (Kd = металл/силикат) этих элементов (Becker, 2006; Righter et al., 2000). Другие модели, предложенные для объяснения нахождения ВСЭ в верхней мантии, включают сценарии неэффективного формирования ядра (Arculus and Delano, 1981; Jones and Drake, 1986), добавки материала из внешнего ядра (Snow and Schmidt, 1998) или уменьшения коэффициентов распределения при высоких PT условиях ядрообразования (Murthy, 1991; Righter and Drake, 1997; Righter et al., 1997, 2008; Li and Agee, 2001). Существуют данные по исследованию распределения ЭПГ в орогенных перидотитах (Lorand et. al, 1999; Pearson et. al, 2004; Fischer-Gцdde et. al, 2011), в ксенолитах перидотитов из офиолитов (Becker et. al, 2006; Fischer-Gцdde et. al, 2011; Chen et. al, 2008; Hangh et.al, 2010), в абиссальных перидотитах (Becker et. al, 2006; Chesley et. al, 2004), в перидотитах, вынесенных щелочными базальтами (Pearson at. al, 2004; Ionov et. al, 2006), в коматиитах (Maier et. al, 2003). (2006) исследовал в своей работе ксенолиты лерцолитов и гарцбургитов из архейской (Пиренейские перидотиты) и пост-архейской континентальной литосферы, перидотиты из ультраосновных массивов, офиолиты и абиссальные перидотиты. Mg-Fe вариации показывают что породы из Лесото претерпели от 30 до 50 % частичного плавления, перидотиты из Витима 5-10 %, из Намибии 25 - 335 % и Бени-Бусера 5 - 25 % частичного плавления.Якутская кимберлитовая провинция занимает северо-восточную часть сибирской платформы и с юга на север протягивается на полторы тысячи километров от Малоботуобинского района почти до моря Лаптевых и на тысячу километров с запада на восток от Харамайского поля в Красноярском крае до р. Кимберлитовая трубка Удачная, открытая в 1955г., выходит на дневную поверхность на склоне долины ручья Пиропового и залегает в нижнеордовикских известняках на поверхности, и в породах верхнего и среднего кембрия на глубине. Трубка Удачная состоит из двух сопряженных кимберлитовых тел (западного и восточного) и в плане имеет форму искаженной бесконечности (Рис 2.2). В верхней части, до глубины примерно 270 м тела контактируют друг с другом, поверхность контакта падает на запад, а глубже они разобщены (рис 2.3). Музыкой выделяется пять разновидностей кимберлитов, образовавшихся в четыре фазы внедрения: 1) брекчия с массивной текстурой цемента, слагающая верхние горизонты трубки до глубины 350-400 м; 2) автолитовая брекчия, распространенная в краевых участках тела ниже глубины 350 м; 3) брекчия в виде субвертикального штоковидного тела в центральной части трубки; 4) брекчии приконтактовых участков, протягивающиеся почти на всю разведанную глубину в виде серий мелких параллельных субвертикальных инъекций; 5) даечный кимберлит.В процессе выполнения работы был освоен метод изотопного разбавления (ИР) с масс-спектрометрическим окончанием на приборе высокого разрешения ELEMENT Finnigan Mat (Германия) в Институте геологии и минералогии СО РАН для определения наноколичеств элементов платиновой группы-Os, Ir, Ru, Pt, Pd и Re в деформированных лерцолитах тр. Этот метод широко используется и обладает низким пределом обнаружения и высокой точностью. Навески девяти образцов до 1 грамма вместе с рассчитанным количеством трассеров-растворов, содержащих обогащенные изотопы Ru99, Pd106, Re185, Os190, Ir191 и Pt194, помещались в трубки Кариуса (ТК). Полученный раствор по уровню кислотности и общему содержанию солей соответствовал требованиям анализа методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) растворов (менее 5 % кислоты и менее 0,1 % солей) и был пригоден для измерений без разбавления. Метод изотопного разбавления с масс-спектрометрическим окончанием имеет ряд преимуществ перед другими способами, а именно (Палесский и др., 2009): 1) После достижения изотопной гомогенизации в с
Введение
Элементы группы платины (ЭПГ- Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd) являются важными показателями процессов, происходящих в мантии и коре в ходе эволюции Земли. Исследования актуальны для выяснения распределения ЭПГ в различных породах мантии, фракционирования ЭПГ на ранних этапах истории Земли, а также в связи с изучением влияния вторичного обогащения мантийных пород на Re-Os изотопную систему. На территории России хорошим материалом для изучения являются породы из кимберлитовых трубок Сибиркой платформы.
Трубка Удачная - одна из наиболее перспективных алмазоносных трубок Далдынского кимберлитового поля Сибирской платформы. Ксенолиты деформированных перидотитов тр. Удачная - это уникальный мантийный материал - нет вторичных (поверхностных) изменений и глубина опробования достигает до 230 километров на Сибирской платформе. Для данной работы была использована коллекция из девяти образцов деформированных лерцолитов тр. Удачная в порошках. Также были сделаны анализы шести образцов кимберлитов тр. Удачная, которые к сожалению в данное исследование не вошли. Деформированные перидотиты являются представителями глубинных мантийных пород, выносимых кимберлитовым магматизмом и, как предполагается, находятся на границе литосферы и астеносферы. По существующим представлениям, деформированные лерцолиты (ДЛ) образуются в результате вторичного обогащения при взаимодействии ультрадеплетированных пород низов литосферной мантии (гарцбургитов, дунитов) с расплавами астеносферного происхождения [Nixon].
Последние исследования Re-Os возраста сингенетичных включений в минералах мантийного происхождения из кимберлитов Сибирской платформы (пиропах и оливинах) указывают на то, что мантийные перидотиты подвергались многостадийному воздействию метасоматических агентов в различное время [неопубликованные данные к.г.-м.н. В.Г. Мальковец, и др.].
В связи с этим, особенно актуальны исследования распределения ЭПГ и Re-Os системы и их изменения при процессах вторичного обогащения пород литосферной мантии.
Целью данной работы является установить особенности изменения распределения ЭПГ в деформированных лерцолитах при вторичных процессах и тем самым выяснить, к какому типу мантийных пород они относятся по содержанию ЭПГ.
Для этого будут выполнены следующие задачи: 1) Определение элементов группы платины методом изотопного разбавления с масс-спектрометрическим окончанием.
2) Определение изменения содержания ЭПГ при возрастающей степени вторичного обогащения в ДЛ.
3) Сравнение крайних значений тренда обогащения ДЛ с составами мантийных пород из разных источников.
4) Интерпретация полученных данных.
Дипломная работа выполнена на кафедре минералогии и петрографии НГУ и в лаборатории минералов высоких давлений и алмазных месторождений (№ 451) СО РАН.
Автор благодарит научного руководителя к.г.-м.н Тычкова Николая Сергеевича за помощь и поддержку в написании магистерского диплома и в приобретении навыков работы с литературой, к.г.-м.н. Алексея Михайловича Агашева за предоставленные данные и к.г.-м.н. Ольгу Алекеевну Козьменко за помощь в освоении метода изотопного разбавления.
Глава 1. Происхождение деформированных лерцолитов
Деформированные перидотиты являются отторженцами верхней мантии и выносятся на поверхность кимберлитовым магматизмом, или, что реже, щелочными базальтами. Ксенолиты этих пород встречаются в кимберлитовых трубках всех древних кратонов и по PT- условиям равновесия являются наиболее глубинными из всех мантийных нодулей и несут основной объем информации о составе и эволюции нижних слоев литосферной мантии. Деформированные лерцолиты тр. Удачная находятся в относительно узком диапазоне глубин около 180 км, а диапазон по составу зависит от различной степени вторичного обогащения.
Температуры и давления, оцененные с помощью геотермобарометра (Brey, Kohler, 1990), составляют 1250-1400 °C и 56-70 кбар. Исходя из этих данных, деформированные перидотиты являются наиболее глубинными породами литосферной мантии и располагаются в зоне перехода литосфера-астеносфера (Агашев А.М, 2010). В ряду мантийных пород, располагающихся вдоль континентальной геотермы, эти породы характеризуются существенно повышенным температурным градиентом, что связано с процессами вторичного обогащения на границе литосфера-астеносфера.
Рис.5 Диаграмма содержаний MGO-Al2O3 в ксенолитах деформированных перидотитов и гарцбургит-дунитов тр. Удачная в сравнении с составом примитивной мантии (ПМ).
Составы основных петрогенных компонентов показывают разную степень деплетирования относительно модели примитивной мантии (ПМ). На диаграмме MGO-Al2O3 (Рис. 2) составы деформированных лерцолитов находятся между составами ПМ и ультрадеплетированных пород литоферной мантии
По существующим представлениям, эти породы образуются в результате вторичного обогащения при взаимодействии ультрадеплетированных пород низов литосферной мантии (гарцбургитов, дунитов) с расплавами астеносферного происхождения (Nixon P. H et.al, 1973). В то же время, другие исследователи предполагают метасоматическое происхождение этих пород в связи с расплавами, которые также дают начало образованию мегакристовой магмы (Ehrenberg et.al, 1979, 1982; Gurney & Harte, 1980; Harte, 1983).
Доказательства в пользу метасоматических процессов продолжает расти. В настоящее время уже очевидно, что метасоматические флюиды как правило расплавы (MCKENZIE et.al, 1989). В то же время обращается внимание на важность обменных реакций в системе порода- флюид, которые оказывают воздействие на химическую эволюцию минералов и флюидов при инфильтрации и протекании метасоматических флюидов или расплавов (Navon & Stolper, 1987). Для кратонных (кимберлито- рожденных) перидотитов, Харт и др. (1993) подчеркнул важность такого обменного взаимодействия в сочетании с фракционной кристаллизацией и сослался на совмещенные процессы как «проникающая фракционная кристаллизация».
Пирсон и др. (2004) в своей статье информирует о том, что изменение положений геохимии ЭПГ перидотитовых ксенолитов и перидотитов из массивов вероятно связано с метасоматическими эффектами, которые включают введение сульфида, и вероятно сопровождается силикатным расплавом.