ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 3 октября 2003
6444 Шифр научной
специальности
 04.00.08
7425 На соискание
степени
 дгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Cимаков Сергей Кириллович
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители

6165 Официальные оппоненты
Шацкий В. 
Геншафт Ю. 
Аранович Л. 

6255

4662
дгмн
дфмн
дгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
239
Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников

473
5778 Таблиц
5760 Иллюстраций
19
85
Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
Москва
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
501.001.62
2151 Полное наименование организации
Московский Государственный университет им. М.В.Ломоносова
2358 Сокращенное наименование организации
МГУ
2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)
119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, Геологический факультет
Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации
Геологический факультет Санкт‑Петербургского Государственного Университета
2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Физико‑химические условия образования алмазоносных парагенезисов эклогитов
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность. Температура, давление и окислительно‑восстановительный потенциал среды являются основными термодинамическими параметрами, определяющими характер минералообразующих      
процессов в верхней мантии, в том числе и образование алмаза. На сегодняшний день существует достаточное количество методов, позволяющих рассчитывать Р‑Т‑параметры для перидотитовых      
ассоциаций, вынесенных кимберлитовыми магмами из мантии. Однако подобные методы до сих пор не разработаны для эклогитовых ассоциаций: отсутствуют способы оценки степени окисленности      
флюида, а также надежные барометры для определения глубинности эклогитообразования. Большинство современных работ, посвященных генезису природного алмаза и мантийных пород,      
ограничиваются определением Р‑Т параметров. Лишь немногие из них уделяют внимание окислительно‑восстановительной обстановке глубинного петрогенеза (Федоров, 1995; Daniels      
and Gurney, 1991; Woodland and Peltonen, 1999). Вместе с тем, более двадцати лет тому назад Л.Л.Перчук и В.И.Ваганов (Perchuk, Vaganov, 1980) установили эмпирическую связь      
алмазоносности кимберлитов Якутии с изменением степени окисления в них железа. С тех пор эту проблему никто фундаментально не изучал, хотя образование алмаза и кимберлитовых      
магм рассматривалось в системе перидотит‑О‑Н‑С (например, Ellis and Wyllie, 1979; Eggler and Baker, 1982; Eggler et al., 1979). Важным аспектом этой системы является состав      
флюида, который влияет на параметры выплавления магм и на процесс образования или растворения в них свободного углерода (графита или алмаза). Поверхность солидуса в данной      
системе зависит как от соотношения H2O/CO2 во флюиде, так и от степени растворения этих компонентов в расплаве, растворимость которых в силикатном расплаве увеличивается с      
ростом давления. Следовательно, равновесие алмаза с этим расплавом зависит от летучести кислорода и растворимости в нем H2O, CO2 и CH4 (Woermann and Rosenhauer, 1985).      
     
Вопросы стабильности графита и алмаза в равновесии с системой C‑O‑H изучались многими исследователями (например, Маракушев, Перчук, 1974; Перчук и Суворова, 1973; Рябчиков,1980;      
Симаков, 1988; Deines et al., 1987; Haggerty, 1986; Saxena, 1989; Polianov et al., 2002; Litvin, 2002), которые показали, что росту алмаза способствует равновесие силикатного      
расплава с существенно водным флюидом.      
     
Для оценки при образовании эклогитовых и перидотитовых парагенезисов в верхней мантии применяются кислородные барометры (фугометры). Подавляющее большинство из них основано      
на минеральных равновесиях с переменной валентностью железа (Fe+2 <=> Fe+3). Наиболее распространенными являются шпинелевые ассоциации. Существуют и экспериментальные методы      
определения "внутренней" фугитивности кислорода (IOF) для минералов перидотитовых и эклогитовых ксенолитов, в том числе и для алмазоносных (например, Кадик и др., 1991, 1997;      
Arculus et al., 1984; Ulmer et al., 1987). Оценка этими методами окислительно‑восстановительных условий в породах верхней мантии во многих случаях оказывается противоречивой.      
Большинство расчетов, выполненных на основе шпинелевых барометров, свидетельствует о том, что петрогенез в верхней мантии протекал между кварц‑фаялит‑магнетитовым (QFM) и      
вюстит‑магнетитовым (WM) буферами (Рябчиков и др., 1983; Ballhaus et al., 1991; Luth etal., 1990; O'Neill and Wall, 1987). Однако по экспериментальным данным (например, Кадик      
и др., 1991, 1997; Ulmer et al., 1987) и некоторым расчетам (например, Wood et al., 1990) получены более восстановленные условия мантийного петрогенеза, соответствующие железо‑вюститовому      
(IW) буферу. Известны также работы по оценке фугитивности кислорода для включений в алмазах, содержащих перидотитовый парагенезис (Daniels and Gurney, 1991). Согласно приведенным      
в них расчетам, состав флюида соответствует существенно восстановленному, возможно метановому (ниже WM буфера).      
     
Новым аспектом в проблеме генезиса природных алмазов является выяснение роли фуллеренов (Винокуров и др., 1997), так как образование алмаза из фуллеренов происходит значительно      
легче, чем из графита (Вуль и др., 2001; Dresselhaus et al., 1996). Однако фуллерены и фуллереноподобные структуры синтезируются в основном при температурах порядка 3000‑5000о      
С (Dresselhaus et al., 1996), которые никогда не достигаются в пределах верхней мантии Земли. Вместе с тем, фуллерены возникают в ассоциации с графитом в условиях амфиболитовой      
или гранулитовой фаций метаморфизма. Эти находки позволяют по‑новому взглянуть на природу фуллеренов и их связи с алмазообразованием.     
     
Целью работы является изучение физико‑химических условий образования и сохранения алмаза в условиях верхней мантии. Эта задача напрямую связана с проблемой изучения физико‑химических      
условий образования включений в алмазах и глубинных алмазоносных пород верхней мантии и земной коры. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:     
     
1. Разработать новые минералогические термометры, барометры и кислородные фугометры как для мантийных, так и для коровых парагенезисов и оценить возможности их применения.     
     
2. Разработать теоретические модели образования углерода во флюидной системе O‑H‑N‑C, применимые для условий верхней мантии и земной коры.     
     
3. Создать программное обеспечение для оценки P‑T‑параметров глубинных парагенезисов на основе минерального состава.     
     
4. На основе расчета P‑T‑параметров образования и эволюции мантийных и коровых ультравысокобарных пород осуществить физико‑химическое моделирование процессов образования алмаза      
в верхней мантии.     
     
5. Создать базу геологических, петрохимических, минералогических данных по кимберлитам и кимберлитоподобным породам Восточно‑Европейской платформы и на основе разработанных      
термобарометрических методов выявить условия их образования.     
     
6. Провести экспериментальное моделирование процессов образования фуллеренов при Р‑Т параметрах, соответствующих природным парагенезисам.     
     
Фактический материал. В работе использовался геологический, петрографический, петрохимический и минералогический материал, собранный автором в ходе полевых работ за 1983‑1987      
гг. Аналитические исследования проводились, главным образом, в химико‑аналитической лаборатории ВСЕГЕИ (рентгеноспектральный силикатный анализ, количественный спектральный,      
минералогический и микрозондовые анализы. Аналитики И.Г.Ляпичев, Павшуков В.В., Цимошенко Б.А.). В диссертации также приведены результаты экспериментальных исследований по      
синтезу фаз фуллереноподобных структур, полученных автором совместно с А.А.Графчиковым в ИЭМ РАН. Кроме того, в ходе исследований автор проводил совместные работы с Байдаковой      
М.Е., Дроздовой И.А., Лапшиным А.В., Сироткиным А.А, Сытниковой А.А., Яговкиной М.А. по применению ряда физических методов (например, электронной микроскопии), поставленных      
в лабораториях ИХСРАН, Института Гриппа и Физико‑Техническом Институте им. А.Ф.Иоффе.      
     
Основные защищаемые положения:     

I. Создана система взаимосогласованных минералогических термометров и барометров для оценки Р‑Т‑параметров равновесий в эклогитах и ультравысокобарных гранат‑клинопироксеновых      
метаморфических породах.      
     
II. Кимберлитовые и кимберлитоподобные комплексы северо‑запада Балтийского щита и северной части Восточно‑Европейской платформы формируются в широком интервале глубин (от      
30 до 210 км).      
     
III. Алмазы из мантийных эклогитов кристаллизуются в две стадии: (1) ранняя, которая соответствует уровню астеносферы и характеризуется резко восстановленными условиями и      
(2) более поздняя, соответствующая уровню мантийной литосферы и характеризующаяся более окисленными условиями.      
     
IV. На основании экспериментальных исследований доказана возможность образования фуллереноподобных образований углерода из существенно восстановленного флюида при Р‑Т параметрах,      
соответствующих земной коре.     

Научная новизна работы.      
     
1. На основе известных экспериментальных данных разработаны модели гранат‑клинопироксеновых и клинопироксеновых барометров, применимых как для мантийных, так и для коровых      
эклогитов и перидотитов.     
     
2. На основе известных экспериментальных данных разработаны модели гранат‑клинопироксеновых кислородных барометров ("фугометров"), применимых как для мантийных, так и для      
коровых эклогитов и перидотитов.     
     
3. В результате проведенных минералогических и петрологических исследований кимберлитов и кимберлитоподобных пород Восточно‑Европейской платформы с применением разработанных      
барометров оценена глубинность их формирования.     
     
4. На основе разработанных методик впервые оценены Р‑Т‑ параметры для включений в алмазах, для мантийных алмазоносных эклогитов и перидотитов, коровых эклогитов и сделаны      
выводы о их происхождении.     
     
5. На основе оригинальных экспериментальных исследований доказана возможность образования фуллереноподобного углерода из восстановленных флюидов при Р‑Т параметрах, соответствующих      
условиям образования пород земной коры (700‑750о С и 5 кбар).     
     
Практическое значение работы.      
     
1. Разработаны новые методы оценки глубинности для мантийных и коровых пород.     
     
2. Разработаны новые петрологические методы, на основании которых возможна оценка потенциальной алмазоносности мантийных пород.     
     
3. Оценена глубинность формирования кимберлитов и кимберлитоподобных пород Восточно‑Европейской платформы.     
     
4. Cинтезированы углеродные нанотрубки и фуллереноподобные структуры при температурах 700‑750о С и давлении 5 кбар.
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово