Растворение макрокристов оливина в кимберлитовом расплаве при высоких <i>р</i>-<i>т</i>-параметрах

Грязнов И.А.; Карпович З.А.; Ишутин И.А.; Жимулев Е.И

doi:10.26516/2073-3402.2019.28.34

Инд. авторы:	Грязнов И.А., Карпович З.А., Ишутин И.А., Жимулев Е.И
Заглавие:	Растворение макрокристов оливина в кимберлитовом расплаве при высоких р-т-параметрах
Библ. ссылка:	Грязнов И.А., Карпович З.А., Ишутин И.А., Жимулев Е.И Растворение макрокристов оливина в кимберлитовом расплаве при высоких р-т-параметрах // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Науки о Земле. - 2019. - Т.28. - С.34-47. - ISSN 2073-3402.
Внешние системы:	DOI: 10.26516/2073-3402.2019.28.34; РИНЦ: 38240560;
Реферат:	eng: Olivine is found in kimberlite in the form of two types of phenocrysts: olivine I in the form of relatively large grains of round or irregular shape and olivine II in the form of small (up to 0,5 rarely 1 mm) idiomorphic crystals, but having irregularly shaped cores. It is believed that type I olivine xenocrysts appear due to the disintegration of nodules of mantle rocks, and their specific morphology is results by the processes of dissolution and / or abrasion of grains in kimberlite (or even in protokimberlite) magma. The determination of the composi tion of the initial kimberlite magma and, ultimately, the concept of the genesis of the kimberlites themselves, depends on the solution of this question. It was previously experimentally established that among silicate minerals from mantle xenoliths, olivine is most stable when dissolved in kimberlite melt at high temperatures and pressures. However, the occurrence of a specific rounded form of olivine grains which were dissolved in a kimberlite melt was not experimentally confirmed yet. This report presents the first results of experiments on this topic. The experiments were carried out on a pressless multi-anvil high-pressure apparatus of the “split sphere” type (BARS). A series of four experiments was carried out at a pressure of 4 GPa, temperatures of 1300 °С and 1500 °С, with a duration of 1 and 2 hours. Kimberlite N-1 from Nyurbinskaya pipe (Yakutia, Russia) was used as a starting sample. Olivine grains were extracted from the nodules of spinel lherzolite from alkaline basaltoids of Mongolia. Following the hypothesis of the xenogenic nature of olivine phenocrysts, the composition of the proto-kimberlite magma should be enriched with iron in comparison with the composition of kimberlite. In addition, a substantially carbonatite composition of the protokimberlite magma is assumed. Therefore, Fe2O3 and CaCO3 are added to the kimberlite samples. The results of the experiments show that the olivine xenocrysts used are not in equilibrium with the N-1 molten kimberlite enriched with iron and calcium. On the contrary, the kimberlite melt is an aggressive medium capable of dissolving the xenocrysts of magnesian olivine. At the same time, their initially irregular shape is transformed into a rounded one, which is also characteristic for natural kimberlites. The large, rounded xenocrysts of kimberlite olivine are also often contains many cracks. In our experiments, this phenomenon probably occurred even at the stage of pressure increase due to the existing stress in the olivine crystals. After that, when the kimberlite powder was melted, the melt penetrated into these cracks and disintegrated the xenocrysts into separate fragments. A similar process may have occurred in natural objects under pressure gradient conditions during the rising of kimberlite magma. Thus, it was experimentally confirmed the possibility of the formation of rounded phenocrysts of olivine during their interaction with a carbonated melt. rus: Оливин - доминантная фаза в кимберлитах. Он встречается в виде вкрапленников двух типов: оливин I в виде относительно крупных зерен округлой или неправильной формы и оливин II в виде мелких (до 0,5, редко 1 мм) идиоморфных кристаллов, но имеющих ядра неправильной формы. В последнее время активизировалась дискуссия о происхождении вкрапленников оливина в кимберлитах. Постепенно доминирующей становится гипотеза о ксеногенном происхождении вкрапленников оливина. От решения этого вопроса зависит определение состава исходной (материнской) кимберлитовой магмы и в конечном счете концепция генезиса самих кимберлитов. В работе пред ставлены результаты экспериментальных исследований по растворению зерен природного оливина в кимберлитовом расплаве из трубки «Нюрбинская» с добавлением Fe₂O₃ и CaCO₃ при высоких Р - Т-параметрах (4 ГПа, 1300 и 1500 °С). Эксперименты проведены с целью моделирования изменения ксенолитов мантийных пород (дунитов) при попадании в протокимберлитовую магму. Установлено, что сценарий изменения дунита включает на первой стадии деформацию породы с образованием трещин, в которые проникает неравновесный по составу расплав. В дальнейшем происходят частичное растворение макрокристов оливина с уменьшением их размера и прогрессирующая дезинтеграция породы. Экспериментально подтверждается возможность образования округлых вкрапленников оливина при взаимодействии карбонатизированного расплава с перидотитом (оливином).
Ключевые слова:	высокие давления и температуры; оливин; кимберлит; experiment; High pressures and temperatures; olivine; kimberlite; эксперимент;
Издано:	2019
Физ. характеристика:	с.34-47
Цитирование:	1. Кутолин В. А., Агафонов Л. В., Чепуров А. И. Относительная устойчивость оливина, пироксенов и граната в базальтовой магме и состав верхней мантии // Докл. АН СССР. 1976. Т. 231, № 5. С. 1218-1221. 2. Соболев Н. В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск : Наука, 1974, 264 с. 3. Соболев Н. В. Парагенезисы алмаза и проблема глубинного минералообразования // Зап. ВМО. 1983. Ч. 117, т. 4. С. 389-397. 4. Тонков Е. Ю. Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении. М. : Наука, 1979. 192 с. 5. Brett R. C., Russelle J. R., Moss S. Origin of olivine in kimberlite: phenocryst or impostor? // Lithos. 2009. Vol. 112S. P. 201-212. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.04.030. 6. Chang F. Petrography, geochemistry, age, and petrogenesis of ultramafic from Sarfartoq, central west Greenland // Thesis for the degree of bachelor of science, The University of British Columbia, April, 2000. 7. Chepurov A. A., Pokhilenko N. P. Experimental estimation of the Kimberlite melt viscosity // Doklady Earth Sciences. 2015. Vol. 462, N 2. P. 592-595. https://doi.org/10.1134/s1028334x15060033. 8. Diamond through Time / J. J. Gurney, H. H. Helmstaedt, S. H. Richardson, S. B. Shirey // Soc. of Econ. Geolog., inc. Economic Geology. 2010. Vol. 105. P. 689-712. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.105.3.689. 9. Experimental estimate of the actual infiltration (migration) of volatilities (H2O + CO2) in rocks of the mantle wedge / A. I. Chepurov, V. M. Sonin, N. S. Tychkov, I. Y. Kulakov // Doklady Earth Sciences. 2015. Vol. 464, N 1. P. 932-935. https://doi.org/10.1134/S1028334X15090032. 10. Experimental Estimation of the Rate of Gravitation Fractionating of Xenocrysts in Kimberlite Magma at High P-T Parameters / A. I. Chepurov, E. I. Zhimulev, V. M. Sonin, A. A. Chepurov, A. A. Tomilenko, N. P. Pokhilenko // Doklady Earth Sciences. 2011. Vol. 440, N 2. P. 1427-1430. https://doi.org/10.1134/S1028334X11100138. 11. Fluid and melt compositions in lamproites and kimberlites based on the study of inclusions in olivine / A. V. Sobolev, N. V. Sobolev, C. B. Smith, J. Dubessy // GSA Special Publ. N 14. Kimberlites and Related Rocks. 1989. Vol. 1. P. 220-240. 12. Kennedy C. S., Kennedy G. C. The equilibrium boundary between graphite and diamond // J. Geophys. Res. 1976. Vol. 81, N 14. P. 2467-2470. 13. Kimberlite ascent by assimilation - fuelled buoyancy / J. K. Russell, L. A. Porritt, Y. Lavallee, D. B. Dingwell // Nature. 2012. Vol. 481. P. 352-356. https://doi.org/10.1038/nature10740 14. Kopylova M. G., Matveev S., Raudsepp M. Searching for parental kimberlite melt // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. Vol. 71. P. 3616-3629. https://doi.org/0.1016/j.gca.2007.05.009. 15. Mitchell R. H. Petrology of hypabyssal kimberlites: relevance to primary magma compositions // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2008. Vol. 174. P. 1-8. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2007.12.024. 16. Morphology and surface features of olivine in kimberlite: implication for ascent processes / T. J. Jones, J. K. Russell, L. A. Porritt, R. J. Brown // Solid Earth. 2014. Vol. 5. P. 313-326. https://doi.org/10.5194/se-5-313-2014. 17. Olivine and the origin of kimberlite / N. T. Arndt, M. Guitreau, A. M. Boullie, A.le Roex, A. Tommasi, P. Cordier, A. Sobolev // J. Petrol. 2010. Vol. 51. P. 573-602. https://doi.org/10.1093/petrology/egp080 18. Olivine in the Udachnaya-East kimberlite (Yakutia, Russia): types compositions and origins V. S. Kamenetsky, M. B. Kamenetsky, A. V. Sobolev, A. V. Golovin, S. Demouchy, K. Faure, V. V. Sharygin, D. V. Kuzmin // J. Petrol. 2008. Vol. 49, N 4. P. 823-839. https://doi.org/10.1093/petrology/egm033 19. Paragenesis and complex zoning of olivine macrocrysts from unaltered kimberlite of the Udachnaya-East pipe, Yakutia: relationship with the kimberlite formation conditions and evolution / N. V. Sobolev, A. V. Sobolev, A. A. Tomilenko, S. V. Kovjazin, V. G. Batanova, D. V. Kuzmin // Russian Geology and Geophysics. 2015. Vol. 56, N 1-2. P. 260-279. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.01.019 20. Patterson M., Francis D., McCanless T. Kimberlites: Magmas or mixtures? // Lithos. 2009. Vol. 112S. P. 191-200. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.06.004. 21. Skinner E. M. W., Clement C. R. Mineralogical classification of southern African kimberlites // Boyd FR, Meyer HOA (eds.) The Mantle Sample. 2nd International Kimberlte Conference. 1979. American Geophysical Union. Washington. D. C. P. 129-139. 22. The conservation of an aqueous fluid in inclusions in minerals and their interstices at high pressures and temperatures during the decomposition of antigorite / A. I. Chepurov, A. A. Tomilenko, E. I. Zhimulev, V. M. Sonin, A. A. Chepurov, S. V. Kovjazin, T. Y. Timina, N. V. Surkov // Russian Geology and Geophysics Volume. 2012 Vol. 53, N 3. Р. 234-246. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.02.002. 23. The nature of erupting kimberlite melts / R. S. J. Sparks, R. A. Brooker, M. Field, J. Kavanagh, J. C. Schumacher, M. J. Walter, J. White // Lithos. 2009. Vol. 112S. P. 429-438. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.05.032. 24. The stability of ortho- and clinopyroxenes, olivine, and garnet in kimberlitic magma / A. I. Chepurov, E. I. Zhimulev, L. V. Agafonov, V. M. Sonin, A. A. Chepurov, A. A. Tomilenko // Russian Geology and Geophysics. 2013. Vol. 54, N 4. P. 406-415. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2013.03.004.