Автор: Бутвина Валентина Григорьевна
Название работы: Экспериментальные исследования фазовых равновесий и алмазообразования в эклогит-карбонат-сульфидных системах
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.04 - петрология, вулканология
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
доктор химических наук Литвин Юрий Андреевич;
академик РАН доктор геолого-минералогических наук Маракушев Алексей Александрович;
Оппонент:
профессор доктор физико-математических наук Геншафт Юрий Семенович;
доктор геолого-минералогических наук Перчук Алексей Леонидович;
Место защиты:
Дата защиты:
Издательство:
Количество страниц:
Язык: русский
Содержание работы:
Введение
Часть 1. Экспериментальные исследования.
Глава 1. Методы исследования.
Глава 2. Экспериментальное исследование системы гранат-омфацит при 7.0 ГПа.
Глава 3. Синтез алмаза в расплавах системы эклогит карбонат сульфид углерод..
Основные выводы к части 1.
Часть 2. Природные эклогитовые системы в сопоставлении с экспериментальными исследованиями.
Глава 1. Литературный обзор.
Глава 2. Эксперимент в приложении к природным данным.
Основные выводы к части 2.
Заключение.
Список опубликованных работ по теме диссертации.
|
Реферат:
Актуальность работы.
Наряду с пироповыми перидотитами, эклогиты являются главными алмазоносными породами. Образование алмаза в них зависит от многих факторов, ведущими из которых являются давление
и состав алмазообразующей среды. Поэтому выяснение физико-химических условий формирования собственно эклогитовых парагенезисов и их связи с процессами кристаллизации алмаза
представляет большой научный интерес и является актуальной проблемой глубинной петрологии. Разнообразие сингенетических включений (кристаллических, расплавных и флюидных)
в алмазе (Соболев, 1974; Соболев и др., 1972, 1997; Буланова и др., 1982, 1993; Ефимова и др., 1983; Гаранин и др., 1991; Navon et al., 1988, 2003; Taylor et al., 1996, 2004;
Wang et al., 1996; Klein-BenDavid et al., 2003; Logvinova et al., 2003 и др.) предполагает сложные многофазовые составы алмазообразующих сред. Выяснение соотношений между
силикатными, карбонатными и сульфидными компонентами (как самыми распространенными первичными включениями и спутниками алмаза) при алмазообразовании имеет ключевое значение
в раскрытии физико-химических условий генезиса алмаза и алмазоносных пород.
Цель работы.
Выяснение физико-химических условий образования эклогитов и их алмазоносности: экспериментальное исследование фазовых равновесий гранатовой (пироп-альмандин) и эклогитовой
(гранат-омфацит) систем, а также процессов алмазообразования в расплавах модельных сульфидов с растворенным углеродом и в системе эклогит-карбонат-сульфид-углерод при высоких
давлениях и температурах, отвечающих условиям термодинамической устойчивости алмаза; анализ петрологических данных для гранат-омфацитовых парагенезисов и их интерпретация
на основе экспериментальных данных.
Защищаемые положения.
1. При экспериментальном изучении фазовых отношений в системе пироп-альмандин при давлениях 4.0 и 6.5 ГПа установлено, что компоненты данной системы характеризуются неограниченной
смесимостью как в твердом, так и в жидком состояниях при обоих значениях давления (фазовые диаграммы относятся к I типу по Розебому).
2. Экспериментальное исследование фазовых равновесий псевдотройной системы омфацит пироп (+32 мол. % гроссуляра) - альмандин (+32 мол. % гроссуляра) в ее политермическом
сечении омфацит-пироп15альмандин53гроссуляр32 при давлении 7.0 ГПа показало, что плавление гранат-омфацитовой ассоциации является котектическим, а температура ее сухого
солидуса в данном сечении составляет около 1450оС. Это значение выше, чем расчетные температуры образования эклогитов в нодулях кимберлитовых трубок, что может свидетельствовать
о флюидной природе эклогитовых магматических систем мантии.
3. Впервые выполнены синтезы алмаза в сульфидных пирротин-пентландит-халькопиритовых расплавах с растворенным углеродом при давлениях 7.0 - 8.0 ГПа; экспериментальными исследованиями
кристаллизации алмаза в сульфидно-карбонатных и гранат-омфацит-сульфидно-карбонатных расплавах (с углеродом) выявлена высокая алмазообразующая эффективность природных сульфидных
сред (сопоставимо с карбонатными) для нуклеации и роста алмаза.
Научная новизна.
1. Экспериментально обоснована флюидно-магматическая природа эклогитов из кимберлитовой трубки Удачная.
2. Обоснована модель сопряженности сульфидного алмазообразования с флюидной сульфуризацией богатых железом магматических дифференциатов.
3. При давлениях 6.5 и 4.0 ГПа изучена бинарная система пироп-альмандин. Показано, что она представляет собой I тип диграмм Розебома с неограниченной смесимостью компонентов
в жидком и твердом состояниях. Впервые установлено, что альмандин в изученном интервале давлений плавится конгруэнтно.
4. При давлении 7.0 ГПа и температурах 1200 1600оС экспериментально исследовано внутреннее политермическое сечение омфацит-гранат многокомпонентной псевдотройной системы
пироп (+гроссуляр) альмандин (+гроссуляр) клинопироксен (омфацит). С помощью этого политермического разреза и диаграммы плавкости пироп-альмандин впервые построена линия
совместной кристаллизации (котектика) граната и омфацита в условиях стабильности алмаза.
5. Проведен синтез алмаза при высоких давлениях в сульфид углеродных и более сложных эклогит сульфид углеродных системах. Впервые показана эффективность мантийных сульфидных
расплавов как алмазообразующих сред.
6. Установлены эффекты жидкостной несмесимости между карбонатными и сульфидными, а также сульфидными и силикатными расплавами при РТ (7.0-8.5 ГПа и 1500-19800С) условиях стабильности
алмаза.
Практическая значимость.
Построенные фазовые диаграммы в многокомпонентной эклогитовой системе позволяют восстанавливать физико-химические условия образования и эволюции природных эклогитов, в частности
по особенностям кристаллизации главного минерала эклогитов граната.
Установленная впервые эффективность сульфидных расплавов как сред алмазообразования представляет интерес для создания новых методов синтеза алмаза, а также в сочетании с явлениями
силикатно-сульфидной и карбонатно-сульфидной жидкостной несмесимости для дальнейшего развития физико-химической модели генезиса природных алмазов.
Фактический материал.
Основу работы составляют данные по 100 экспериментам, выполненным в системе пироп-гроссуляр-альмандин, альмандин-омфацит, гранат-омфацит, эклогит-карбонат-сульфид-углерод
при высоких T-P параметрах на установке НЛ-13Т в лаборатории флюидно-магматических процессов ИЭМ РАН г.Черноголовка. Дополнительно были изучены природные образцы (10 шт.)
алмазоносных эклогитов кимберлитовой трубки Удачная, был изучен обширный полевой материал более 40 образцов эклогитов максютовского эклогит-глаукофансланцевого комплекса
часть которого была отобрана в полевых работах автора в 2001 году. Коллекции эклогитов были предоставлены для изучения доцентом кафедры петрологии Бобровым А.В.
Апробация работы.
Результаты работы представлены на X научных чтениях памяти проф. И.Ф.Трусовой, МГГА, 2000г.; 8ой, 9ой Международных конференциях по экспериментальной минералогии, петрологии
и геохимии, Италия (Бергамо, 2000), Швейцария (Цюрих, 2002); Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам Ломоносов, МГУ, 2000; Верещагинских
чтениях по химии и физике высоких давлений, Москва, хим. ф-т МГУ им. М.В.Ломоносова, 2001; XIV Российском совещании по экспериментальной минералогии, Черноголовка, 2001; ежегодных
семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Москва, ГЕОХИ, 2002-2004гг., VI Международной эклогитовой конференции, Япония, 2001; 8ой Международной конференции
New Diamond Science and Technology, Мельбурн, Австралия, 2002; 18ом совещании Международной минералогической ассоциации, Эдинбург, Шотландия, 2002; 5ой школе Европейского
минералогического союза и Симпозиуме по сверхвысокобарному метаморфизму, Будапешт, Венгрия, 2003; 8ой Международной кимберлитовой конференции, Канада, 2003; 32ом Международном
геологическом конгрессе, Флоренция, Италия, 2004; Международном симпозиуме Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений, посвященном 70-летию
академика Н.В.Соболева. Новосибирск, 3-5 июня 2005г. Основные положения работы изложены в 11 статьях и тезисах 14 докладов.
Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, 2-х частей и заключения. Первая часть состоит из 3-х глав, вторая часть из 2-х глав. Диссертация изложена на 144 страницах и сопровождается 53
рисунками и 12 таблицами. Список литературы включает 216 наименований.
|
Библиография:
1. Бутвина В.Г., Бобров А.В., Литвин Ю.А. Экспериментальное изучение системы пироп гроссуляр альмандин при 6,5 ГПа и 1500-1900oС // ДАН. 2001. Т. 379. 5. С. 655-658. 2. Butvina V.G., Bobrov A.V., Litvin Yu.A. The pyrope-almandine system at 6.5 GPa // Exper. in Geosciences. 1999. V. 9. 2. P. 66-68. 3. Marakushev A.A., Bobrov A.V., Butvina V.G., Sang Longkang and Liu Rong. Petrology of the Maksyutov Eclogite Blueschitst Complex, Southern Urals // Cont. Dynamics. 2001. V. 6. 2. P. 9-16. 4. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А. Фазовые отношения при плавлении системы омфацит гранат при давлении 7,0 ГПа: экспериментальное моделирование происхождения алмазоносных эклогитов // Вестн. Отд. наук о Земле РАН, 1 (20), 2002. 5. Литвин Ю.А., Бутвина В.Г., Бобров А.В., Жариков В.А. Первые синтезы алмаза в сульфид углеродных системах: роль сульфидов в генезисе алмаза // ДАН. 2002. Т. 382. 1. С. 106-109. 6. Butvina V.G., Litvin Yu.A., Spetsius Z.V. Diamond synthesis in sulfide melts in the eclogite-sulfide-carbonate system at P=6-8 GPa // Exper. in Geosciences. 2002. V. 10. 1. P. 7-9. 7. Литвин Ю.А., Бутвина В.Г. Алмазообразующие среды в системе эклогит-карбонатит-сульфид-углерод по данным экспериментов при 6.0-8.5 ГПа // Петрология. 2004. Т.12. 4. С. 426-438. 8. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А., Маракушев А.А. Закономерности изменения состава минералов эклогитов: экспериментальные и природные данные // Вестн. Отд. наук о Земле РАН, 1 (22), 2004. 9. Бутвина В.Г. Условия формирования эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал) // Вестн. Моск. Ун-та. 2001. Сер.4. Геология. 3. С.52-55. 10. Бобров А.В., Бутвина В.Г. Происхождение и метаморфические преобразования эклогитов Максютовского комплекса (Южный Урал) // Бюлл. МОИП, отд. геол. 2000. 4. С. 49-58. 11. Litvin Yu.A., Spivak A.V., Butvina V.G. et al. Diamond growth from melt-solutions of the carbonate-silicate-sulfide-carbon systems of natural chemistry: boundary conditions, mechanisms and kinetics of mass transfer (experiment at 5.5-8.5 GPa) // Proceed. 5th ICSC. Obninsk-2003. V.1. P. 173-185. 12. Butvina V.G., Bobrov A.V., Litvin Yu.A. Melting Experiments on the Pyrope-Almandine-Grossular Join at Pressures 6.5 GPa: The Application to the Genesis of Diamond-bearing Eclogites // 8th EMPG, Bergamo, Italy. J.Conf. Abs. 2000. V. 5. 1. P. 21. 13. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А., Бобров А.В., Специус З.В. Синтезы алмаза в сульфидных расплавах эклогит-сульфид-карбонатной системы при Р = 6-8 ГПа // XIV Рос. cов. по экспер. минералогии (тез. докл.). 2-4 октября 2001г. Черноголовка. С. 34. 14. Butvina V.G., Litvin Yu.A. Diamond Synthesis in the Eclogite-Carbonate-Sulfide System at a Pressure of 8.0 GPa // The Deep Earth: Theory, Experiment and Observation. Mantle Process: Portugal, Espinho. Abstracts. 2001. 15. Bobrov A.V., Litvin Yu.A., Butvina V.G. Sulfide medium of diamond crystallization: experimental and natural aspects // 8th International Conference New Diamond Science and Technology. 2002. The University of Melbourne, Australia. Abs. 16. Butvina V.G., Litvin Yu.A. Melting Experiments on the Garnet-Omphacite Join at Pressure 7 GPa: the Experimental Modelling of Formations Conditions of Diamond-bearing Eclogites // 9th EMPG, Zurich, Switzerland. J.Conf. Abs. 2002. V. 7. 1. P. 21. 17. Litvin Yu.A., Butvina V.G., Spivak A.V. Formation of natural diamonds in carbonate silicate and sulfide melts: the evidence from high pressure experiments.- In: Mineralogy of New Millenium (18th General Meeting of the IMA, 1-6 September 2002, Edinburgh, Scotland). Abstracts. 2002. P. 75. 18. Butvina V. Litvin Y. Experimental formation conditions of eclogites (according the data of the Maksyutov eclogites-blueschist complex, Southern Urals) // 5th EMU and Symposium on UHP Metamorphism. 2003. Budapest. Hungary. Abstract. P. 5. 19. Bobrov A.V., Litvin Yu.A., Butvina V.G. Diamond synthesis in sulfide medium at 6-8 GPa: application to natural data // 8th IKC. 2003.Victoria, BC, Canada. Long Abstract. 20. Bobrov A.V., Litvin Yu.A., Butvina V.G., Shushkanova A.V. The role of sulfide medium in diamond crystallization: experiments at 6-8 GPa // Geoch. et Cosmochim. Acta. Goldshmidt Geochem. Conf. 2003. V. 67(18-S1). P. A41. 21. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А., Маракушев А.А. Закономерности изменения состава минералов эклогитов: экспериментальные и природные данные // ЕСЭМПГ, 2004. Москва. Тез. докл. С. 9. 22. Butvina V.G., Litvin Yu.A. Garnet-clinopyroxene equilibria at 7.0 GPa: conditions of diamond-bearing eclogite formation // 2004. 32th IGC, Abs. on CD-ROM (part 1), p.466-467. 23. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А. Карбонатно-силикатно-сульфидные расплавы как эффективные среды природного алмазообразования по данным экспериментов при 6.0-8.5 ГПа // Эволюция континентальной литосферы, происхождение алмазов и их месторождений. Междун. симп., посвященный 70-летию академика Н.В.Соболева. Новосибирск, 3-5 июня 2005г. Тез.докл. С. 24. 24. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А., Маракушев А.А. Равновесие омфацит-гранат в системе Na2O-CaO-FeO-MgO-Al2O3-Fe2O3-TiO2-SiO2, моделирующей ильменит-рутиловые магнезиально-железистые эклогиты // XV РСЭМ. Сыктывкар, 2005. Тез.докл. С. 32-34. 25. Бутвина В.Г., Литвин Ю.А. Алмазообразование в расплавах системы эклогит-карбонат-сульфид-углерод // XV РСЭМ. Сыктывкар, 2005. Тез.докл. С. 30-31.
|
|
