Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 499, № 2, стр. 107-111

Эпигенетические минералы, вероятно, являются неотъемлемой частью любых мантийных пород из кимберлитов и несут существенную информацию о процессах преобразования и эволюции мантийного вещества. Однако количество исследований, посвященных эпигенетическим ассоциациям в мантийных ксенолитах, весьма ограничено [1–7]. Возможно, это связано как с малыми объемами содержания и небольшим размером эпигенетических минералов по сравнению с породообразующими, так и с вторичными приповерхностными изменениями кимберлитов и мантийных ксенолитов, приводящими к уничтожению эпигенетических ассоциаций в мантийных ксенолитах.

В сообщении обсуждаются состав и происхождение эпигенетического оливина в ксенолите неизмененного гранатового лерцолита UV-3/05 (1350°С и 64 кбар) [7, 8], отобранного из несерпентинизированной разновидности кимберлитов трубки Удачная (Сибирский кратон) [9, 10]. Изученный образец имеет мозаично-порфирокластическую структуру и относится к деформированным перидотитам [7, 8]. По размеру в нем выделяются два типа зерен породообразующего оливина – крупные порфирокласты и мелкие полигональные необласты.

Аналитические исследования были выполнены в Центре коллективного пользования научным оборудованием многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (ИГМ СО РАН, Новосибирск). Химические анализы и элементные карты были получены на рентгеноспектральном микроанализаторе Jeol JXA-8230 (см. страницу С1 в дополнительных материалах (доп. мат.)). Изображения в обратно-рассеянных электронах сделаны на сканирующем  электронном микроскопе Tescan MIRA3 LMU.

Породообразующие гранаты из образца UV-3/05 представлены зональными эллипсоидальными индивидами размером 2–4 мм. Содержание MgO и FeO в краевых зонах составляет 19.4 и 10.3 мас. %. Гранаты окружены келифитовой оболочкой (келифитом), состоящей из шпинелидов, ортопироксена, клинопироксена, амфиболов (паргасита и саданагаита), флогопита, содалита, оливина и реликтов породообразующего граната.

Порфирокласты и необласты породообразующего оливина вне контакта с келифитом по составу однородны. Магнезиальность (Mg# = = 100*Mg/(Mg + Fe)) оливина составляет 87.4, а содержание элементов-примесей (в мас. %) – 0.31 NiO, 0.14 MnO и 0.06 CaO (см. страницу С2 в доп. мат.).

Для необластов оливина, расположенных на контакте с келифитом, была выявлена асимметричная зональность (рис. 1a): на контакте с келифитом появляется относительно обогащенная FeO (до 13.4 мас. %) внешняя зона шириной 10–25 мкм, в то время как на краях этих же зерен оливина вне контакта с келифитом такая зона отсутствует. Зональность в этих необластах оливина также выражается в уменьшении содержаний NiO до 0.22 мас. % и увеличении концентраций MnO до 0.28 мас. % и CaO до 0.15 мас. % к краю зерен (рис. 2б, см. страницу С3 в доп. мат.).

Рис. 1.

Оливины (Ol) из ксенолита лерцолита. Изображения в обратно-рассеянных электронах; на врезках показаны карты распределения концентраций Fe (одинаковые цвета на всех врезках имеют близкие концентрации). Белыми сплошными линиями А–Б, В–Г и Д–Е показаны профили, вдоль которых измерены концентрации элементов в оливине (см. страницы С2–С5 в доп. мат. и рис. 2). (а) Асимметрично-зональные необласты оливина (Ol) на границе с келифитом (белая пунктирная линия). (б) Симметрично-зональные и незональные оливины в участке келифита вокруг граната (Grt). Границы незональных индивидов оливина обозначены штрихпунктирными линиями. (в) Округлое зерно симметрично-зонального оливина в келифите вокруг граната. (г) Включение оливина округлой формы в гранате; между гранатом и включением оливина развит келифит, при этом некоторая часть границы между гранатом и оливином свободна от келифита.

Рис. 2.

Вариации составов оливина из мантийных ксенолитов Сибирского кратона. (а) Поля составов оливинов из ксенолитов: 1 – из ксенолитов перидотитов [7, 8, 12, 13, 15–20], 2 – из интерстиций ксенолита эклогита [5], 3 – в раскристаллизованных расплавных включениях из ортопироксена из ксенолита ортопироксенита [6]. (б) Символы 4–7 для изученного ксенолита лерцолита: 4 – состав породообразующего оливина (порфирокластов и необластов, а также центров симметрично-зональных зерен в келифите (см. в доп. мат. – листы С2–С4)); 5 – состав асимметрично-зональных необластов оливина вблизи контакта с келифитом; 6 – краевая часть симметрично-зонального оливина в келифите; 7 – незональные зерна оливина в келифите. Черные тонкие линии на рисунке 2б соединяют точки соответствующих анализов оливина вдоль профилей. Подробная информация по составу оливина представлена на страницах С2, С3 и С4 дополнительных материалов (точки 7–9 для профиля А–Б (С3), точки 1–6 для профиля В–Г (С4) и точки 1, 2 для профиля Д–Е (С4); профили показаны на рис. 1).

В келифите оливин представлен изометричными или удлиненными индивидами неправильной формы, а также зернами округлой формы (размером от 10 до 150 мкм). Индивиды оливина размером 40–150 мкм, как правило, симметрично-зональные (рис. 1б и 1в), тогда как в зернах оливина размером <40 мкм зональность не установлена (рис. 1б). В каймах зональных оливинов и в гомогенном оливине из келифита часто встречаются включения шпинелидов и реликтов породообразующего граната (рис. 1б).

В симметрично-зональных индивидах оливина из келифита выделяются однородное ядро округлой формы и кайма (рис. 1б и 1в). Состав центральных частей зональных индивидов оливина из келифита, с учетом точности анализов, в целом соответствует составу породообразующего оливина (Mg# = 87.3–87.5, см. страницу С4 в доп. мат.). Вблизи границ этих зерен состав становится наиболее контрастным, по сравнению с центром (рис. 1б, 1в и 2, см. страницу С4 в доп. мат.): магнезиальность понижается до 85.1, содержание NiO падает до 0.03 мас. %, а MnO и CaO увеличиваются до 0.32 и 0.16 мас. %.

Магнезиальность незональных оливинов (рис. 1б) в келифите изменяется от 84.3 до 85.9, а состав элементов-примесей варьирует (в мас. %) в пределах 0.04–0.36 NiO, 0.16–0.33 MnO и 0.06–0.15 CaO мас. % (рис. 2, см. страницу С5 в доп. мат.).

Таким образом, в ксенолите деформированного лерцолита установлены четыре типа оливина: (I) гомогенные породообразующие порфирокласты и необласты, (II) асимметрично-зональные необласты, расположенные в непосредственном контакте с келифитом, (III) симметрично-зональные индивиды в келифите, (IV) незональные индивиды в келифите. Внешние зоны асимметрично-зональных необластов оливина, внешние зоны симметрично-зонального оливина в келифите и гомогенные оливины в келифите заметно отличаются, в первую очередь, по повышенному содержанию FeO от гомогенного породообразующего оливина ксенолита c Mg# = 87.4, формируя обособленное низко-Mg# поле составов, с крайним значением Mg# = 84.3 (рис. 2, см. страницы С3–С5 в доп. мат.). Тренды изменения состава асимметрично-зональных необластов оливина и симметрично-зонального оливина в келифите близки (рис. 2б). Состав внешних зон этих типов зональных оливинов также совпадает с частью составов гомогенного оливина из келифита (рис. 2б). Эти данные, вместе с наблюдением, что асимметричная зональность необластов оливина установлена только на контакте с келифитом (рис. 1а), свидетельствуют о синхронности процессов формирования асимметричной зональности в необластах оливина и келифитизации граната (в том числе формирования в келифите новой генерации оливина).

Состав центральных частей симметрично-зонального оливина идентичен составу породообразующего оливина ксенолита (см. страницу С3 в доп. мат.). Этот факт, в совокупности с округло-овальной формой центральных частей симметрично-зонального оливина из келифита (рис. 1б) – обычной формой включений равновесных силикатов в гранатах из пород литосферной мантии (рис. 1г), предполагает, что ядра такого оливина были включениями во внешних зонах граната, а при его келифитизации становились затравками для кристаллизации обогащенного FeO эпигенетического оливина.

Келифит невозможно получить без привноса щелочей и летучих, т.е. без участия внешнего метасоматического агента. Считается, что структуры деформированных перидотитов возникли в результате рекристаллизации исходно зернистых перидотитов в основании литосферы незадолго (несколько лет) до захвата нодулей кимберлитовой магмой [11]. Асимметричная зональность необластов  оливина свидетельствует о том, что келифитизация граната происходила после деформации породы: in situ в мантии незадолго до выноса или во время транспортировки кимберлитовой магмой. Таким образом, наиболее вероятным кандидатом на роль метасоматического агента является примитивный кимберлитовый расплав трубки Удачная [7, 10, 12]. Локальная реакция породообразующего граната из ксенолита лерцолита с кимберлитовым расплавом приводила к формированию на границе с гранатом микропорций гибридного расплава, из которого кристаллизовался более железистый, чем породообразующий, оливин. Ранее кристаллизация эпигенетического оливина, менее магнезиального чем породообразующий оливин, была отмечена для ксенолита зернистого перидотита из трубки Удачная [13]. Образование оливина при взаимодействии кимберлитовых расплавов с ортопироксеном широко известно [6, 14]. В данной работе показано, что не только ортопироксен, но и гранат реагирует с кимберлитовыми расплавами с образованием оливина.

Магнезиальность породообразующего оливина из мантийных ксенолитов трубки Удачная варьирует от 85.5 до 94.4 (рис. 2) [7, 8, 12, 13, 15–20]. Вариации составов эпигенетического оливина в мантийных ксенолитах трубки Удачная отличаются от таковых равновесного породообразующего оливина (рис. 2). При реакциях кимберлитовых расплавов с ортопироксеном образуются наиболее Mg#-оливины (до 98.9, рис. 2а) [6], тогда как при реакциях этих же расплавов с гранатом образуются наименее Mg# оливины (рис. 2а и 2б) [5]. Самые железистые оливины c Mg# от 68.7 до 83.3 (рис. 2а) установлены в интерстициях ксенолита эклогита, в котором содержания железистого граната (Mg# = 72.3) достигают 35 об % [5]. Формирование оливинов в эклогите также связывается с реакцией между эклогитом и примитивными кимберлитовыми жидкостями [5]. Выявленные в представленном исследовании эпигенетические оливины являются наиболее железистыми среди оливинов из перидотитов Сибирского кратона (рис. 2б).

Таким образом, для объяснения широких вариаций значений Mg# эпигенетических оливинов в различных ксенолитах трубки Удачная можно предложить следующую модель. Если в мантийную породу проникает кимберлитовый расплав одного состава, его реакция с разными породообразующими минералами может приводить к тому, что локально в разных участках породы будут образовываться гибридные расплавы разного состава, что приведет к кристаллизации эпигенетического оливина c разной Mg#.

В целом взаимодействие кимберлитовых расплавов с породообразующими силикатами разнообразных мантийных пород может приводить к формированию эпигенетического оливина с очень широким диапазоном составов, существенно превышающим вариации состава равновесного оливина мантийных пород литосферной мантии древних кратонов.