Информация о процессах минералообразования в условиях верхней мантии древних платформ, в период от раннего архея до времени внедрения кимберлитов представляет значительную научную ценность для целей создания общих моделей эволюции, а также познания кинетических и динамических особенностей процессов наиболее глубинных уровней литосферы континентальных областей.

Объектом исследования в настоящей работе является литосферная мантия северо-восточной части Сибирской платформы. Ксенолиты мантийных пород и комплекс глубинных минералов в кимберлитах несут сведения об ее строении, составе и их изменении.

Работа основывается на полученных нами многочисленных данных по составу минералов из концентрата кимберлитовых трубок разного времени проявления северо-восточных и центральных частей Сибирской платформы (тр.Ивушка, тр. Закат, тр.Приленскаяи др. √ Pz₂, тр.Муза, тр.Дианга, тр.Мэрии др. √ Mz₂), а также на доизучении коллекции зернистых ксенолитов тр.Удачная (описаны ранее [2]).

На Сибирской платформе известно три цикла активизации кимберлитового магматизма: D₃√C₁ (367-345 Ma), T (245-215 Ma), J₃ (160-149 Ma). Цикл тектоно-термальной активизации сибирской платформы, имевший место примерно на границе пермского и триасового периодов, проявился в виде интенсивного, но достаточно кратковременного цикла траппового магматизма на обширных территориях в пределах платформы с максимальной интенсивностью 245-250 млн. лет назад. Это масштабное событие воздействовало и, вероятно, существенно преобразовало литосферную мантию кратона. Многолетние поисковые работы на Сибирской платформе показывают, что подавляющее большинство кимберлитов мезозойского возраста в частях платформы, подвергшихся такой тектоно-термальной проработке неалмазоносны. Вероятно, это объясняется дезинтеграцией и практически полным исчезновением слоя алмазоносных гарцбургит-дунитов в связи с утонением литосферы соответствующих частей платформы приблизительно от 250 до 140 км.

В 1998-1999 годах почти одновременно вышли две независимые работы, затрагивающие этот вопрос. Оба автора, используя различные комплексы методов, получили, по сути, одинаковые результаты. На основе сравнительного изучения около 20 тысяч пиропов из более чем ста кимберлитовых трубок Сибирской платформы Н.П.Похиленко делает вывод об утонении и существенном изменении состава литосферы северо-восточной ее части. Изменение мощности литосферы автор получает исходя из гранатовых геотерм, построенных по гранатам нескольких разновозрастных трубок и домезозойских алмазоносных россыпей района. По данным автора мощности литосферы региона в среднем составляет 150-200 километров в палеозойское время и 120-130 км в мезозойское [4]. В.Гриффин получает такие же цифры, уточняя положение нижней границы литосферы на упомянутой гранатовой геотерме уровнем максимальной температуры распределения гранатов обедненных Y, представляющих деплетированное вещество литосферы.

Н.П.Похиленко также приводит ряд свидетельств изменения состава литосферы этого района от палеозойского к мезозойскому времени. А именно: понижение среднего содержания Cr₂O₃ и повышение среднего содержания FeO в пиропах (от 8,1 до 9,4 мас.%), существенное повышение количества пиропов пироксенитового парагенезиса. Н.П.Похиленко связывает эти изменения с процессами эрозии наиболее глубинных алмазоносных слоев литосферной мантии и ее общей трансформации в результате активного воздействия корней литосферы с расплавами астеносферного происхождения при ее тектонотермальной активизации и интенсивном излиянии трапповых базальтов в промежуток времени между среднепалеозойским и верхнеюрским циклами кимберлитового магматизма [4].

Указанные изменения состава литосферы проявляются в основном в наличии в кимберлитовом концентрате большинства трубок С-В районов Сибирской платформы группы пиропов аномального состава. Первоначально эта группа (для краткости - группа М) была выделена по составу пиропов некоторых трубок района, где количество таких пиропов составляет до 97% - трр.Муза, Ивушка и др. [4]. Наиболее характерными чертами состава этих пиропов являются резко пониженное содержание TiO2, повышенное содержание MnO и повышенное содержание СаО (рис.A,B), благодаря которому пиропы группы образуют аномально расположенный на диаграмме Ca/Cr тренд, отличающийся от ╚лерцолитового╩ повышенной кальциевостью. Таким образом, на диаграмме Ca/Cr исследуемые пиропы попадают в поле верлитов, однако, подробное изучение состава минералов ксенолитов зернистых перидотитов тр.Удачная [2] показало, что пиропы группы принадлежат группе зернистых гранатовых и гранат-шпинелевых лерцолитов характерного состава.

Дискретность тренда пиропов на диаграмме Ca/Cr и характерный состав по другим элементам позволяют судить о наличии и распространенности исследуемого парагенезиса в кимберлитовом теле и, следовательно, мантии района даже по неполному анализу пиропов из концентрата кимберлита или шлиховой пробы аллювия, например лишь по содержанию Са и Cr.

Литературные данные, а также многочисленные аналитические данные по Сибирской платформе, которыми мы располагаем, говорят о широком распространении пород парагенезиса на различное геологическое время как на Сибирской платформе, так и за ее пределами, что делает весьма актуальным изучение распространенности парагенезиса и процессов, ответственных за его образование.

М.Г.Копылова на примере пиропов из трубки Джерико (Канада) указывает, что пиропы М принадлежат шпинельсодержащим перидотитам, чем и объясняет, используя расчеты шпинель-гранатового равновесия в системе, аномальное положение тренда [3]. Эта гипотеза получила широкое распространение благодаря простоте и хорошей обоснованности. Основным аргументом в пользу данной теории является то, что в трубке Джерико более 90% пиропов из ксенолитов шпинельсодержащих гранатовых перидотитов принадлежат тренду М. Однако, это правило не соблюдается с существенно большей погрешностью в других кимберлитовых трубках. Например, в тр.Удачная более половины пиропов, принадлежащих тренду, относятся к породам, не содержащим шпинели, и, напротив, большое количество пиропов из гранат-шпинелевых перидотитов тренду не принадлежат. Кроме того, гипотеза М.Г.Копыловой не объясняет всех особенностей состава пиропов М, например, резко пониженного содержания TiO2 или повышенного содержания MnO, характерных для всех без исключения пиропов М и, очевидно, непосредственно связанных с условиями их существования либо процессами преобразования.

Можно предположить, что такой состав пиропы М имеют из-за достаточно низких (шпинель-пироповых по Копыловой) температуры и давления существования. В 1975 году Д.Грин и Н.В.Соболев показали прямую зависимость степени вхождения Ti в пироп от температуры. Д.Смит с соавторами в 1991 году, используя распределение MnO между парами минералов гранат-клинопироксен и гранат-оливин, показал обратную зависимость вхождения MnO в гранат от температуры.

Как показывают последние экспериментальные данные, полученные Бреем и Келлером, существует положительная зависимость содержания TiO2 в пиропе от давления, однако, здесь пироп, существующий даже при низких давлениях и температурах (30 кбар, 900-1000ºС), соответствующих шпинель-пироповой фации глубинности перидотитов, содержит обычное среднее количество TiO2 (ок. 0,1-0,3 мас.%). По тем же данным, содержание MnO действительно существенно повышается с понижением температуры (от 0,25 до 0,5 мас.% при понижении Т от 1200 до 900ºС и давлениях 30 и 40 кб). Таким образом, только повышенное содержание MnO пиропов М действительно может объясняться предполагаемой относительно малой глубиной их существования.

Для выяснения природы образования минералов парагенезиса М, и, следовательно, процессов, воздействовавших на литосферу Сибирской платформы в период времени между палеозойским и мезозойским циклами активизации кимберлитового магматизма, нами были исследованы ксенолиты зернистых лерцолитов тр.Удачная, содержащие пиропы М.

Все минеральные виды ксенолитов группы обладают характерным составом и узкими вариациями составов, относительно минералов обычных деплетированных лерцолитов. Кроме того, в группе обнаружено большое количество ксенолитов, содержащих минералы одного вида, существенно отличающиеся по составу, но гомогенные в пределах одного зерна (пиропы, клинопироксены, ортопироксены). Мы считаем, что своеобразие составов минералов исследуемого парагенезиса возникло в результате вторичного изменения состава изначально деплетированных пород мантии (метасоматических процессов). Это подтверждают также работы других исследователей [3,5], в которых описан идентичный характер изменения состава пиропов, но между неизмененным центром и каймой роста, традиционно интерпретируемой как результат воздействия метасоматизирующих расплавов. Полученные данные позволяют очертить наиболее характерные (наиболее измененные) составы минералов парагенезиса М, а так же наметить направление изменения состава минералов и породы в целом (см. рис.).

Среди пироксенитов тр.Удачная (описаны С.С.Кулигиным [1]) присутствуют пироповые ортопироксениты, минералы которых по всем химическим характеристикам соответствуют составам наиболее измененных минералов исследуемого парагенезиса. На рисунке видно, что изменение состава минералов в лерцолитах М происходит в направлении от минералов обычных деплетированных лерцолитов к минералам пироповых ортопироксенитов.

Таким образом, подтверждается гипотеза Н.П.Похиленко о связи парагенезиса М с пироксенитами. Вероятно, расплавы, ответственные за возникновение пироповых ортопироксенитов, ответственны также и за возникновение лерцолитов группы М путем изменения состава первоначально деплетированных лерцолитов. Эти выводы подтверждаются находкой в тр.Удачная уникального ксенолита (описан в Кулигиным С.С. в тезисах Восьмой международной кимберлитовой конференции, 2000 г.), в котором наблюдается контакт лерцолита, соответствующего по всем характеристикам парагенезису М и пиропового ортопироксенита.