КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-27-00287

НазваниеОливин в кимберлитах Сибирского кратона: типы, вариации состава, происхождение.

Руководитель Головин Александр Викторович, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-108 - Петрология магматических пород

Ключевые слова Минералогия, петрография, геохимия, кимберлиты, петрогенезис, мантийные ксенолиты, оливин, включения в минералах, литосфера, Сибирский кратон

Код ГРНТИ38.37.19


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы формирования кимберлитов посредством изучения типов, вариаций химического состава, содержаний и происхождения оливина в кимберлитах Сибирского кратона. Помимо своей фундаментальной значимости, изучение кимберлитов также имеет прямое экономическое значение, поскольку эти породы являются главным источником природных алмазов, стратегического вида сырья. Оливин является главным породообразующим минералом кимберлитов и относится к одному из пяти (оливин, клинопироксен, гранат, шпинель и ильменит) так называемых минералов-индикаторов кимберлитов. Более того, именно оливин может служить надежным маркером современной эрозии кимберлитов, поскольку из-за физико-химической неустойчивости этот минерал не сохраняется в древних ореолах кор выветривания и отсутствует в переотложенном состоянии. Таким образом, находки оливина в аллювии или делювии при поиске кимберлитовых тел могут свидетельствовать о близости коренного источника. При исследовании кимберлитового магматизма, в решении практически всех основных задач, таких как генерация кимберлитовых расплавов, эволюция их химического и минерального состава, реконструкция процессов формирования кимберлитовых тел, а также кристаллизации алмазов в мантии, традиционным подходом является допущение идентичности ультраосновного состава кимберлитовых пород составу кимберлитовых расплавов. Однако в настоящее время корректность такого подхода вызывает значительные дискуссии. Общепринятая модель ультраосновного состава кимберлитовых расплавов несет в себе многочисленные противоречия и не объясняет многие физические свойства кимберлитовых магм. Вместе с тем, именно оливин и/или серпентин обуславливает ультраосновной состав кимберлитовых пород и количество этих минералов в кимберлитах может составлять порядка 50 об.% и более. Макрокристы и микрокристы оливина в кимберлитах могут иметь ксеногенную природу, кристаллизоваться из кимберлитовой магмы или формироваться в результате реакций кимберлитовых расплавов с ксеногенными мантийными силикатами, главным образом, ортопироксеном. При этом практически все кимберлиты мира, за исключением некоторых разновидностей кимберлитов Сибирского кратона (где отмечается полная сохранность оливина и отсутствие серпентина), испытали вторичную серпентинизацию разной степени интенсивности. Нужно отметить, что частичная серпентинизация кимберлитовых пород существенно затрудняет любые реконструкции процессов петрогенезиса кимберлитов, в то время как полная серпентинизация этих пород приводит к отсутствию каких-либо возможностей для таких реконструкций. Данный проект посвящен решению ряда фундаментальных вопросов петрологии кимберлитов, таких как: (1) оценка содержаний, выделение типов, установление вариаций химического состава и выявление происхождения оливина в кимберлитах; (2) реконструкция реакций кимберлитовых расплавов с ксеногенными мантийными силикатами, выявление продуктов таких реакций и их влияния на минералогию кимберлитовых пород и тренды эволюции кимберлитовых расплавов. Имеющаяся в распоряжении авторов уникальная коллекция неизмененных процессами серпентинизации кимберлитов и разнообразных мантийных ксенолитов из этих пород определяет научную новизну проекта. Используемый комплексный подход и современные методы исследования позволят получить совершенно новые данные о составе и происхождении оливина из кимберлитов Сибирского кратона. В частности, исследования вариаций состава и зональности оливина из кимберлитов будут производиться с акцентом на микропримесные компоненты, такие как TiO2, CaO, MnO, NiO, Cr2O3, CoO и Al2O3. В ходе выполнения проекта не исключена возможность получения новых данных для практического применения при проведении геологоразведочных и поисковых работ, к примеру, ограничение полей составов оливина из кимберлитов и отличие этих вариаций состава от таковых для оливина из других магматических источников Сибирского кратона.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1) Для сравнения с оливином из кимберлитов по материалам опубликованных статей и диссертаций, создана самая большая в мире база данных вариаций химического состава породообразующего оливина из 585 образцов мантийных ксенолитов из кимберлитов трубки Удачная (Сибирский кратон). Эта база данных дополнена анализами состава оливина из микроксенолитов (размерность 2-10 мм) деформированных перидотитов (30 образцов), полученными в ходе выполнения работ по проекту в 2024 году. 2) Изучена морфология, внутреннее строение и вариации состава 460 кристаллов оливина разной размерности из неизмененных вулканокластических кимберлитов и 150 кристаллических включений в этих оливинах. Содержания оливина в изученных образцах кимберлита варьируют от 50 до 63 об.%, при среднем 54 об.%. Впервые в кимберлитовых породах изучен оливин размерности основной массы породы (0.25-0.01 мм). Установлены объемные содержания оливина разной размерности в кимберлитовых породах и генезис этого оливина. Объемные содержания оливина макрокристовой размерности (2-10 мм) в среднем составляют 13%, оливина фенокристовой размерности (0.5-2 мм) 11%, оливина микрофенокристовой размерности (0.25-0.5 мм) 7% и оливина размерности основной массы (0.25-0.01 мм) 23%. Все ядра (99 об.%) оливина из кимберлитов размерностью > 2мм имеют ксеногенное происхождение, и только тонкие каймы (<1 об.%) имеют магматическое (кимберлитовое) происхождение. В тоже время среди оливина размерности основной массы, 51 об.% оливина мы интерпретируем как подлинный оливин магматического происхождения и 47 об.% являются так называемыми регенерированными кристаллами, состоящими из оливина двух генераций, ксеногенного ядра и обрастающего его магматического оливина. Среди оливина фенокристовой/микрофенокристовой размерности преобладают регенерированные кристаллы, 34 об.% и 73 об.%, соответственно. В целом, кристаллизация магматического оливина вокруг ксеногенных ядер и обуславливает преобладание идиоморфных форм оливина в кимберлитах. 3) Установлены вариации состава дочернего оливина из вторичных расплавных включений в оливине мантийных ксенолитов из кимберлита трубки Удачная-Восточная, а также из первичных и вторичных расплавных включений в зёрнах оливина из кимберлитов трубки Удачная-Восточная. Показано, что ассоциация дочерних минералов вторичных расплавных включений в оливине мантийных ксенолитов, также как ассоциации дочерних минералов первичных и вторичных расплавных включений в оливине кимберлитов являются подобными и представлены разнообразными Na-K-Ca-карбонатами, сульфатами, сульфидами, оксидами, хлоридами и силикатами. Среди дочерних минералов расплавных включений всех типов установлен дочерний оливин, который отличается по химическому составу от оливина-хозяина. Дочерний оливин из расплавных включений всех типов характеризуется высокой магнезиальностью, значения которой составляют 94-98; низкими концентрациями NiO (0.01-0.06 мас.%) и высокими концентрациями MnO (0.17-0.44 Несмотря на указанные сходства химического состава, состав дочернего оливина каждого из трёх изученных типов расплавных включений имеет свои особенности по среднему содержанию основных оксидов и элементов примесей. В целом, ассоциация магнезиального оливина с щелочными карбонатами и кальцитом в расплавных включениях указывает на возможность формирования оливина такого состава при кристаллизации щелочного кремнийсодержащего карбонатного расплава. Высокие значения магнезиальности дочернего оливина расплавных включений связаны с такими особенностями состава щелочного карбонатного или силикатно-карбонатного гибридного расплава включений, как высокая фугитивность кислорода, высокая активность серы и низкая активность кремнезема. 4) Исследован химический и минеральный состав необычных для кимберлитов мира монтичеллит-содалит-хлорид содержащих сегрегаций в вулканокластическом кимберлите. Содержания углекислоты в таких сегрегациях составляет 3,3 мас.%, а во вмещающем кимберлите 9.4 мас.%. Такое понижение содержаний CO2 в этих необычных сегрегациях существенно влияет на минералогию основной массы; в сегрегациях объемные содержания карбонатов (кальцита и Na-Ca-содержащих карбонатов) в разы меньше, чем во вмещающем кимберлите. Во вмещающем кимберлите объемные содержания монтичеллита и содалита являются акцессорными (менее 1 %), а сильвин присутствует только в виде глобул в галите. В сегрегациях такие минералы, как содалит и монтичеллит становятся породообразующими (более 10 %), сильвин присутствует в основной массе как отдельный второстепенный минерал (~ 5 %,) и повышается содержание таких минералов-концентраторов кальция, как перовскит и апатит в сравнении с вмещающим кимберлитом. Более того, в сегрегациях встречается оливин без кристаллографической огранки с пойкилитовой структурой, содержащий многочисленные кристаллические и раскристаллизованные расплавные включения. Ранее, такого оливина в каких-либо кимберлитах мира найдено не было. Реакции декарбонатизации, а именно выделение свободного углекислотного флюида при растворении ортопироксена в карбонатных или карбонат-обогащенные жидкостях при низких давлениях хорошо изучены экспериментально. Мы предполагаем, что найденные нами необычные по минеральному составу сегрегации в кимберлите являются конечным природным продуктом реакции декарбонатизации на месте формирования кимберлитовой трубки. Это предположение подтверждает наличие пустот или дырок внутри сегрегаций, а также значительное понижение содержаний углекислоты и повышение содержаний Ca-, Na-, Si-содержащих минералов в матриксе сегрегаций. Исходя из полученных нами результатов, в простом виде эта реакция может быть следующей: ортопироксен + Ca-Na-K-CO2-Cl-обогащенный кимберлитовый расплав → Ca-Na-K-Cl-SiO2-Mg-обогащенный гибридный расплав + свободный CO2↑ флюид. Раскристаллизация Na-K-Cl-SiO2-Mg-обогащенного гибридного расплава, полученного в результате реакции декарбонатизации, приводит к формированию в кимберлитах необычных сегрегаций, состоящих главным образом из монтичеллита, содалита, оливина, флогопита, галита, сильвина, перовскита и в подчиненном количестве карбонатов.

 

Публикации

1. Тарасов А.А., Головин А.В. Происхождение экстремально магнезиального дочернего оливина во вторичных расплавных включениях в макрокристах оливина из кимберлита трубки Удачной-Восточной (Сибирский кратон). Геодинамика и тектонофизика (Geodynamics & Tectonophysics), V. 15, № 5, P. 0781. (год публикации - 2024)
10.5800/GT-2024-15-5-0781

2. Головин А.В., Тарасов А.А. Кристаллические и расплавные включения в микрофенокристах кальцита из кимберлита трубки Удачная-Восточная: новый магматический щелочесодержащий карбонат? ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Материалы конференции, ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Материалы конференции, 358 стр. , издательство ФИЦ КНЦ РАН стр. 120-121 (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.048

3. Тарасов А.А., Головин А.В. Высокомагнезиальный дочерний оливин из вторичных расплавных включений в ксенокристах оливина из кимберлитов трубки Удачная-Восточная (Сибирский кратон). ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ», Материалы конференции, ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Материалы конференции 358 стр., ФИЦ КНЦ РАН стр. 160-161 (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.067


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году, в соответствии с заявленным планом, были решены четыре научные задачи, направленные на исследование состава, внутреннего строения и происхождения оливина в кимберлитах и выявление его отличительных признаков по сравнению с оливином из других источников. В ходе решения первой задачи проведены комплексные исследования оливина из когерентного кимберлита трубки Удачная-Восточная. Сформирована база BSE-изображений зёрен различной размерности и микрозондовых анализов химического состава зон этих кристаллов. Анализ этих данных позволил охарактеризовать вариации внутреннего строения кристаллов оливина и вариации химического состава различных генераций оливина. Сопоставление химических составов ядер и кайм оливина с оливином из мантийных ксенолитов, изучение ассоциаций кристаллических включений и состава расплавных включений, а также морфологии ядер зёрен позволили разделить генерации оливина на ксеногенные и магматические. Для магматических генераций были оценены температуры кристаллизации с использованием нескольких уравнений геотермометрии. В рамках второй задачи изучен эпигенетический оливин, присутствующий в интерстиционном пространстве мантийных ксенолитов и микроксенолитов. Его состав отличается высокой магнезиальностью, повышенными содержаниями CaO и MnO и низкими концентрациями NiO. По химическому составу он отчетливо отличается от породообразующего оливина мантийных перидотитов и соответствует по составу внешним магматическим зонам кристаллов оливина, ядрам некоторых мелких кристаллов, дочернему оливину в расплавных включениях, заливах и поздних трещинах. Такой оливин ассоциирует с щелочными карбонатами, хлоридами, магнетитом и джерфишеритом. На основании этих результатов сделан вывод о том, что эпигенетический оливин формировался на поздних этапах эволюции кимберлитовой системы из межзернового расплава хлоридно-карбонатного состава при окислительных условиях и относительно низких температурах. Для выполнения третьей задачи были исследованы реакционные каймы на контактах зёрен ортопироксена в микроксенолитах перидотитов с кимберлитовым расплавом, а также флюидные включения в оливине и ортопироксене близ контакта с реакционными каймами. Установлено, что ортопироксен неустойчив при контакте с кимберлитовым расплавом и вступает с ним в реакцию, сопровождающуюся выделением оливина, клинопироксена, углекислого газа и в меньшей степени продуктами этой реакции являются амфибол, флогопит, джерфишерит, монтичеллит и хромит. Эти результаты позволили реконструировать реакции растворения ортопироксена на природном материале, которые ранее были исследованы экспериментально в упрощённых системах. В рамках четвертой задачи изучены зёрна оливина из базальтоидов Сибирского кратона, отобранные в непосредственной близости от кимберлитовых тел различных кимберлитовых полей, с целью сопоставления их состава и внутреннего строения с оливином из кимберлитов. На основе микрозондовых анализов и BSE-изображений оливина из разных пород выполнен дискриминационный анализ, позволивший выделить признаки, по которым можно уверенно различать оливин из базальтоидов и кимберлитов. Установлено, что оливин из базальтоидов характеризуется значениями Mg# от 10 до 80, тогда как магнезиальность оливина в кимберлитах составляет 83–99. Кроме того, оливины из двух типов пород различаются по набору кристаллических включений и составу расплавных включений. Эти результаты имеют важное прикладное значение, так как выявленные дискриминационные критерии могут быть использованы при поисковых работах на новые кимберлитовые тела.

 

Публикации

1. Тарасов А.А., Головин А.В. Происхождение экстремально магнезиального дочернего оливина во вторичных расплавных включениях в макрокристах оливина из кимберлита трубки Удачной-Восточной (Сибирский кратон). Геодинамика и тектонофизика (Geodynamics & Tectonophysics), V. 15, № 5, P. 0781. (год публикации - 2024)
10.5800/GT-2024-15-5-0781

2. Головин А.В., Тарасов А.А. Кристаллические и расплавные включения в микрофенокристах кальцита из кимберлита трубки Удачная-Восточная: новый магматический щелочесодержащий карбонат? ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Материалы конференции, ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Материалы конференции, 358 стр. , издательство ФИЦ КНЦ РАН стр. 120-121 (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.048

3. Тарасов А.А., Головин А.В. Высокомагнезиальный дочерний оливин из вторичных расплавных включений в ксенокристах оливина из кимберлитов трубки Удачная-Восточная (Сибирский кратон). ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ», Материалы конференции, ГОДИЧНОЕ СОБРАНИЕ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА «МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ИНТЕРЕСАХ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ И СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» Материалы конференции 358 стр., ФИЦ КНЦ РАН стр. 160-161 (год публикации - 2024)
10.37614/978.5.91137.521.8.067