Тезисы научной конференции
ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ,

апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ

содержание

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИЛИКАТНЫХ МИНЕРАЛОВ СО ЩЕЛОЧНЫМИ ХЛОРИДНО-КАРБОНАТНЫМИ РАСПЛАВАМИ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

Н.В.Черткова¹, О.Г.Сафонов², Л.Л.Перчук¹, Ю.А.Литвин²
(1- МГУ, 2 - ИЭМ РАН)

Проведены эксперименты в хлоридно-карбонатно-силикатных системах при температурах 1300-1600 ⁰С и давлении 5 ГПа (УВД типа "наковальня с лункой") с целью моделирования взаимодействия силикатных минералов со щелочными хлоридно-карбонатными расплавами, включения которых известны в алмазах кимберлитов (напр., [1-3]). Исходные смеси для опытов содержали силикатную составляющую (форстерит, энстатит, пироп, гроссуляр, кноррингит или диосид-жадеитовый пироксен) и карбонатно-хлоридную (смесь KCl, Na₂CO₃ и CaCO₃ с разными соотношениями карбонат/хлорид).
По результатам экспериментов в хлоридно-карбонатно-силикатных системах при высоких давлениях были выявлены их главные топологические особенности [4, 5]. Расплавы в силикатно-карбонатных и хлоридно-карбонатных сечениях этих систем являются гомогенными жидкостями. Однако при добавлении силикатных компонентов в гомогенный хлоридно-карбонатный расплав, он распадается на Cl-содержащий карбонатно-силикатный и Si-содержащий хлоридно-карбонатний расплавы. Границы области несмесимости сходятся с увеличением валового содержания карбонатной составляющей (рис. 1а, [5]). Кристаллизация на ликвидусе в широком композиционном интервале силикатов (или оксидов) смещает составы сосуществующих расплавов вдоль границ области несмесимости в сторону низкотемпературной карбонатной составляющей. С понижением температуры сама область несмесимости смещается в сторону составов, обогащенных силикатным компонентом. Эти процессы выражаются в расширении интервала, где гомогенный хлоридно-карбонатный расплав сосуществует с силикатными (оксидными) фазами (рис. 1б, [5]). Область температур этого интервала определяются составом силикатной составляющей (в основном, содержанием SiO₂) и валовым соотношением хлорид/карбонат в исходной смеси. Фазы, кристаллизующиеся в области стабильности гомогенного хлоридно-карбонатного расплава, недосыщены кремнезёмом по сравнению с исходными силикатами. Здесь появляются форстерит (Mg₂SiO₄), мервинит (Ca₃MgSi₂O₈), гроссуляр (Ca₃Al₂Si₃O₁₂) или периклаз (MgO) и шпинель (MgAl₂O₄, MgCr₂O₄). Их образование связано с активной экстракцией Si и Al в хлоридно-карбонатный расплав. Тем не менее, эксперименты показали, что основными агентами при взаимодействии силикатов с хлоридно-карбонатными расплавами, являются все же не хлоридные, а карбонатные компоненты. Роль хлоридных компонентов выражается в понижении температуры образования хлоридно-карбонатно-силикатных расплавов, возникновении несмесимых расплавов и активной экстракции Si, Al и Na из силикатов.   
Выявленные тренды эволюции жидкостей в модельных хлоридно-карбонатно-силикатных системах позволили интерпретировать закономерности изменения состава хлоридно-карбонатных и карбонатно-силикатных расплавных включений в алмазах из различных кимберлитовых провинций мира (напр., [3, 4, 6]), а также предложить механизмы образования некоторых уникальных минеральных ассоциаций в алмазах (<совмещенные> перидотит-эклогитовые ассоциации, ферропериклаз и другие).

Рис. 1, [5]. Схемы фазовых соотношений в хлоридно-карбонатно-силикатной системе при высоком давлении. (а) Соотношение ликвидусных поверхностей и области несмесимости; штриховая линия обозначает разрез (S + C) - (Ch + C), схема которого представлена на диаграмме (б). (б) Политермическое сечение тройной системы по линии (S + C) - (Ch + C). S - силикат, C - карбонат, Ch - хлорид, LCS - карбонатно-силикатный расплав, LCC - хлоридно-карбонатный расплав.

• 1. Izraeli E.S., Harris J.W., Navon O. Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. V. 5807. P.1-10.
• 2. Klein-BenDavid O., Izraeli E.S., Hauri E., Navon O. Mantle fluid evolution - a tale of one diamond // Lithos. 2004. V. 77. P. 243-253.
• 3. Klein-BenDavid O., Wirth R., Navon O. TEM imaging and analysis of microinclusions in diamonds: a close look at diamond-bearing fluids // Am. Mineral. 2006. V. 91. P. 353-356.
• 4. Safonov O.G., Perchuk L.L., Litvin Yu.A. Melting relations in the chloride-carbonate-silicate systems at high-pressure and the model for formation of alkalic diamond-forming liquids in the upper mantle // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. V. 253. P. 112-128.
• 5. Сафонов О.Г. Модели эволюции глубинных щелочных жидкостей. Автореферат дисс. докт. г.-м. наук, Москва, 2007, 47 с.
• 6. Scrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. V.58(2). P. 761-771.