ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 2011‑03‑11 16:00
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.09
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Костюк Анастасия Васильевна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Горбачев Н. С

6165 Официальные оппоненты
Аранович Л. Я
Коптев‑Дворников Е. В

6255
дгмн

4662
дгмн
кгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
125 
Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников
5
93
5778 Таблиц
5760 Иллюстраций
14
27
Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
ауд. 415, геологический факультет МГУ
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
Д 501.002.06
2151 Полное наименование организации
Д 501.002.06
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН 
2385 Сокращенное наименование организации

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

9045 Наименование диссертации
Экспериментальное моделирование несмесимости в сульфидно‑силикатно‑карбонатных мантийных магмах
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 работы. Жидкостное расслоение флюидсодержащих магм на несмешивающиеся сульфидные, силикатные и карбонатные расплавы является одним из наиболее эффективных процессов    
магматической дифференциации. C процессами жидкостного расслоения связана геохимия редких, халькофильных и сидерофильных элементов в эндогенных процессах, а также формирование    
месторождений этих элементов в расслоенных магматических комплексах различного состава с карбонатитовыми и магматическими сульфидными платино‑медно‑никелевыми месторождениями.    
В формировании сульфидоносных магм особая роль принадлежит расслоению (ликвации) железосодержащих силикатных расплавов на несмешивающиеся силикатные и железо‑сульфидные жидкости.    
Сульфидно‑силикатное расслоение наступает при достижении предельной концентрации серы в магмах (в качестве аналога термина "концентрация" употребляют термин "растворимость"    
серы в условиях сульфидного насыщения). О концентрации серы в магмах судят по анализу расплавных включений и закалочных стекол в магматических породах (Наумов и др., 1997,    
Коваленко и др., 2000), по данным статистической обработки экспериментальных данных и численного моделирования (Wallase, Carmichael, 1992; Naldrett, Li; 1993; Poulson, Ohmoto;    
1990, Арьяева, Коптев‑Дворников и др. 2010). Особая роль в изучении этой проблемы принадлежит экспериментальным исследованиям, позволяющим контролировать физико‑химические    
параметры  Т, Р, &#402;S2, &#402;O2 (Haughton et.al., 1974; Buchanan, Nolan, 1979; Danckwert, et.al., 1979; Buchanan, Nolan, 1983 и др.). В результате этих работ были предложены    
термодинамические уравнения растворимости в силикатных расплавах газообразных соединений серы S2, H2S, SO2, а также FeS в виде S2‑ и SO42‑. Установлен экстремальный характер    
зависимости растворимости от &#402;O2 с минимумом растворимости при переходе от восстановленной формы серы S2‑ к окисленной SO42‑. Показано, что растворимость серы возрастает    
с увеличением температуры, &#402;S2, основности расплава и содержания в нем FeO. В тоже время, нет единого уравнения сульфидно‑силикатной ликвации с учетом реальных форм соединений    
серы в силикатных расплавах. Однако, большей частью экспериментальные данные получены в "сухих", не содержащих H2O, CO2 природных или модельных силикатных системах, во многих    
случаях в недосыщенных в отношении сульфида условиях и при атмосферном давлении. Между тем наличие магматических сульфидов в породах различных фаций глубинности, от включений    
в алмазах до поверхностных лав свидетельствует о существовании сульфидно‑силикатных магм в широком интервале глубин верхней мантии и земной коры. Имеющиеся немногочисленные    
экспериментальные данные о влиянии давления на концентрацию серы полученные в "сухих" системах противоречивы (Mysen et all. 1980; Wendlandt, 1982; Mavrogenes et al., 1999).    
Кроме того, летучие, и в первую очередь H2O и CO2, являются важным фактором магмобразования, магматической дифференциации и контрастного жидкостного расслоения мантийных магм.    
Поэтому выяснение влияния физико‑химических условий на концентрацию серы при сульфидно‑силикатной ликвации флюидсодержащих магм на различных уровнях верхней мантии и земной    
коры  зависимость от Р и Т, оценка влияния состава расплава, растворенных в магмах летучих имеет ключевое значение для выяснение генезиса магматических сульфидных месторождений.    
   
Наряду с силикатно‑сульфидным расслоением мантийных магм определенный интерес представляет силикатно‑сульфидно‑карбонатное расслоение. Ассоциации карбонатов с силикатными    
стеклами и сульфидами в метасоматизированных мантийных нодулях перидотитового и эклогитового состава были описаны в различных работах (Kogarko, 2000; Когарко, 2005; Kogarko    
et.al., 1995; Kogarko et.al., 2001; Ionov, 1998; Lee, Wyllie, 1994, 1996; Yaxley et.al., 1998; Pyle, Haggerty, 1994). Это указывает на присутствие в верхней мантии щелочно‑карбонатно‑сульфидных    
флюидорасплавов и их важной роли в мантийном метасоматозе и плавлении метасоматизированной мантии. Кроме того, карбонатиты и связанные с ними щелочные породы содержат S‑содержащие    
фазы, в том числе сульфиды, концентрация которых может достигать промышленных значений (Палабора, Ю. Африка). Все это свидетельствует об участии серы в процессах формирования    
карбонатитовых и щелочных магм. Выяснение физико‑химических условий образования несмесимых карбонатных, силикатных и сульфидных расплавов при плавлении эклогитов и перидотитов    
мантии, распределение серы между сосуществующими расплавами представляет большой научный интерес и относится к числу актуальных проблем петрологии.    
   
Цель работы заключалась в экспериментальном изучении одной из фундаментальных проблем геологии, связанной с расслоением флюидсодержащих магм на несмешивающиеся силикатные    
и солевые (карбонатные, сульфидные) жидкости при плавлении флюидсодержащей верхней мантии и выяснении роли этих процессов в магмо‑, минерало‑ и рудообразовании в верхней мантии    
и земной коре.    
   
Задачи работы состояли в решении нескольких взаимосвязанных задач:    
   
‑ изучение физико‑химических условий сульфидно‑силикатного расслоения H2O‑ и H2O+CO2‑содержащих базальтовых расплавов; оценка влияния Т, Р, состава расплава на концентрацию    
серы в этих расплавах;    
   
‑ экспериментальное моделирование сульфидно‑карбонатно‑силикатного расслоения расплавов, образующихся при частичном плавлении перидотитов и эклогитов мантии в присутствии    
карбонатов щелочей и распределение серы между сосуществующими расплавами;    
   
‑ изучение распределения макро и микроэлементов (в т.ч. Ti, Zr, P, S) между сосуществующими силикатным и карбонатным расплавами при частичном плавлении перидотита в присутствии    
карбонатов щелочей и акцессорных минералов (апатита, циркона, ильменита, Ni‑содержащего пирротина).    
   
Защищаемые положения    
   
1. В H2O‑ и H2O+CO2‑содержащих базальтовых расплавах в условиях сульфидного насыщения в интервале Т=1200‑1350oС, Р=0.1‑4.0 ГПа концентрация серы возрастает с увеличением температуры    
и основности расплава; зависит от давления и имеет экстремальный характер с максимумом в области 1.5‑2.0 ГПа. При сходных Р‑Т параметрах максимальные значения в H2O‑содержащих    
базальтовых расплавах в 3 и более раз выше, чем в CO2‑содержащих расплавах и достигают 0.9‑1.0 мас.%. При высоких (&#8805; 2.5 ГПа ) и низких (менее 0.2 ГПа) давлениях в H2O‑    
и H2O+CO2‑содержащих базальтовых расплавах концентрации серы одного порядка и составляют 0.1‑0.2 мас.%.    
   
2. Расслоение щелочных силикатных магм на силикатные и карбонатные жидкости зависит от окислительно‑восстановительных условий и температуры. В графитсодержащей эклогитовой    
системе в восстановительных условиях в интервале Т=850‑1450oС, силикатно‑карбонатное расслоение в расплавах не наблюдается. В системе не содержащей графит в более окислительных    
условиях, силикатно‑карбонатное расслоение в щелочных силикатных расплавах наблюдается в узком температурном интервале 1200‑1250oС. С увеличением Т до 1400oС наблюдается полная    
смесимость силикатных и карбонатных жидкостей.    
   
3. Коэффициенты распределения основных макро‑ и микроэлементов (в т.ч. титана, циркония, фосфора, серы) между сосуществующими силикатным и карбонатным расплавами установленные    
при Т=1250oС, Р=3.8 ГПа показывают, что основным концентратором Na, Mn, Zr, S, Ca, P является карбонатный расплав, Si, Al, K, Mg, Fe, Ti  силикатный расплав.    
   
Научная новизна. Впервые изучена растворимость сульфидов во флюидсодержащих расплавах (H2O, H2O+CO2‑содержащих) в интервале Т=1200‑1350oС, Р=0.1‑4.0 ГПа. Полученные результаты    
позволили оценить влияние температуры, давления, состава расплавов и растворенных в них H2O и CO2 на концентрацию серы в силикатных расплавах в условиях сульфидного насыщения.    
   
Впервые установлено существование максимума концентрации серы в H2O‑ и H2O+CO2‑содержащих базальтовых расплавах в области 1.5‑2.0 ГПа в условиях сульфидного насыщения. В области    
максимальной растворимости серы (1.5‑2.0 ГПа) ее концентрации возрастают в последовательности: "сухие" расплавы &#8804; H2O+CO2содержащие < H2O‑содержащие расплавы. В области    
низких (~ 0.1 ГПа) и высоких (~ 2.5 ГПа) давлений концентрации серы в силикатных расплавах соизмеримы. Экстремальный характер барической зависимости концентрации серы при    
сульфидно‑силикатной ликвации в H2O‑ и H2O+CO2‑содержащих базальтовых расплавах может иметь важное значение в мобилизации и транспорте рудного вещества при формировании магматических    
сульфидных месторождений.    
   
Впервые в широком интервале Т и Р (850‑1450oС, 3.6‑4.0 ГПа) в экспериментах, моделирующих частичное плавление мантийных эклогитов и перидотитов в присутствии карбонатов щелочей    
изучены фазовые соотношения и физико‑химические условия силикатно‑сульфидно‑карбонатной несмесимости силикатных расплавов и распределение серы между сосуществующими расплавами.    
   
Практическая значимость. Выявленное в экспериментах влияние физико‑химических условий ‑ Т, Р, состава расплава на концентрацию серы при сульфидно‑силикатном расслоении H2O‑    
и H2O+CO2 содержащих базальтовых расплавов позволяет построить модель сульфидно‑силикатной ликвации и транспорта магмами сульфидной серы и рудных элементов из глубинных магматических    
очагов в верхние горизонты земной коры, что необходимо для построения генетических моделей магматических сульфидных месторождений как основы прогноза и поисков месторождений.    
   
Установленные численные значения коэффициентов распределения циркония, титана, фосфора, серы между силикатным и карбонатным расплавами представляют интерес для интерпретации    
данных геохимического изучения щелочных пород и карбонатитов, оценки потенциальной рудоносности карбонатитов в отношении апатитовых и цирконовых руд.    
   
Фактический материал. Основу работы составляют данные более 150 индивидуальных экспериментов, выполненных в системах перидотит  базальт  сульфид (FeS)  флюид (H2O, H2O+CO2);    
эклогит  сульфид (FeS)  флюид (K, Na)2CO3); перидотит  сульфид (FeS)  флюид (K, Na)2CO3) с добавками акцессорных и буферных минералов на установке высокого газового давления    
(УВГД) от 0.1 до 0.8 ГПа, на установке типа "цилиндр‑поршень" (ЦП) при 1.0‑2.5 ГПа, на установке типа "наковальня с лункой" (НЛ) до 4.0 ГПа в лаборатории флюидно‑магматических    
процессов ИЭМ РАН. Выполнено десять Рамановских спектров силикатных стекол и более тысячи электронно‑зондовых рентгеноспектральных анализов минералов, силикатных стекол, карбонатных    
и сульфидных фаз с морфологическими признаками жидкостной несмесимости с силикатными расплавами.    
   
Апробация работы. Результаты работы представлены на следующих российских конференциях: ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва,    
2004, 2007‑2009гг.); Российском совещании по экспериментальной минералогии (Сыктывкар, 2005); на Всероссийском семинаре "Геохимия магматических пород" (Санкт‑Петербург, 2008);    
на конференции памяти Д.С. Коржинского "Физико‑химические факторы петро‑ и рудогенеза: новые рубежи" (Москва, 2009). Апробация работы произведена также на международных совещаниях:    
7‑ой школе Европейского Минералогического Союза EMU School (Хайдельберг, Германия, 2005); международной конференции "Ультрамафит‑мафитовые комплексы складчатых областей докембрия"    
(Улан‑Удэ, 2005); на международной конференции по метасоматозу и транспорту вещества (MIMET‑2008) (Словакия, Смоленица, 2008); на 33‑м Международном Геологическом конгрессе    
(Норвегия, Осло, 2008); на международной конференции "Геохимии магматических пород" (Москва, 2009); на 5‑ой международной школе по наукам о Земле (Украина, Одесса, 2009);    
на 10‑й международной конференции Физико‑химические и петрофизические исследования в науках о Земле (Москва, 2009); на международном симпозиуме "Крупные магматические провинции    
Азии, мантийные плюмы и металлогения" (Новосибирск, 2009); на 9‑ой международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2009); на ежегодной Генеральной Ассамблее    
Европейского Союза Геофизических исследований (EGU 2010, Вена, Австрия); на международной конференции EMPG XIII (Тулуза, Франция, 2010). Основные положения работы изложены    
в 8 статьях, в 9 международных и 11 российских тезисах докладов.    
   
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 2‑х глав и заключения. Диссертация изложена на 125 страницах, содержит 27 рисунков, 14 таблиц и приложение на 5 стр.    
Список литературы включает 93 наименования.    
   
Обозначения, принятые в работе. Символы минералов: Lsil  силикатный расплав, Lsulph  сульфидный расплав, Lcarb  карбонатный расплав, Ol  оливин, Cpx  клинопироксен, Opx    
 ортопироксен, Grt  гранат, Phl  флогопит, Cht  хромит, Zrn  циркон, C  углерод, Gr  графит; Mg*  магнезиальность, g  газ; m  расплав, f ‑ флюид. Термодинамические    
переменные: T ‑ температура, P  давление, Х  состав расплава, &#402;O2  летучесть кислорода, &#402;S2,  летучесть серы.    
   
Благодарности. За ценные советы, помощь и терпение автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю, доктору геолого‑минералогических наук Горбачеву Николаю    
Степановичу. А также за помощь и сотрудничество в проведении экспериментальных работ и аналитике Некрасову А.Н. (ИЭМ РАН), Рябиной Е.Л. (ИЭМ РАН), Шпагину А.И. (ИЭМ РАН),    
Новиковой М.А. (ИЭМ РАН), Полукееву В.М. (ИЭМ РАН), к.ф.‑м.н. Бондаренко Г.В. (ИЭМ РАН); за полезные дискуссии и советы к.г.‑м.н. Коптеву‑Дворникову Е.В. (МГУ), д.х.н. Литвину    
Ю.А. (ИЭМ РАН), д.г.‑м.н. Шмуловичу К.И. (ИЭМ РАН), д.г.‑м.н. Сафонову О.Г. (ИЭМ РАН), к.г.‑м.н. Горбачеву П.Н. (ИЭМ РАН), к.х.н. Редькину А.Ф. (ИЭМ РАН), которые способствовали    
успешному выполнению работы. Особую благодарность автор выражает своей семье. В разное время работа была поддержана грантами РФФИ 03‑05‑64531‑а, 06‑05‑64895‑а, 08‑05‑08053‑з,    
09‑05‑01131‑а, 09‑05‑09313‑моб_з.  
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