WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Хромсодержащие гранаты и шпинели как минералы-индикаторы Р-Т условий формирования перидотитов (экспериментальное исследование)

Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
 

ТУРКИН Александр Иванович

ХРОМСОДЕРЖАЩИЕ ГРАНАТЫ И ШПИНЕЛИ

КАК МИНЕРАЛЫ - ИНДИКАТОРЫ Р-Т УСЛОВИЙ

ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРИДОТИТОВ

(ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

25.00.05 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора гео лого-минералогических наук

Новосибирск -2011


Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геологии и мине­ралогии им. В.С.Соболева Сибирского Отделения РАН (ИГМ СО РАН)

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук АРАНОВИЧ Леонид Яковлевич

Доктор физико-математических наук БОРИСОВ Станислав Васильевич

Доктор геолого-минералогических наук КОСТРОВИЦКИЙ Сергей Иванович

Ведущая организация:      Учреждение Российской академии наук

Институт экспериментальной минералогии РАН

Защита состоится 19 октября 2011 г. в 10— часов на заседании диссертационного

совета Д 003.067.02 при Учреждении Российской академии наук Институте геологии и

минералогии им. В.С.Соболева Сибирского Отделения РАН (в конференцзале)

Адрес: 630090, г.Новосибирск, проспект Акад. Коптюга, 3. Факс: +7 (383) 333-27-92, 333-35-05 e-mail: gaskova@igm.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГМ СО РАН.

Автореферат разослан «____ » августа 2011 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.г.-м.н.                                                                                                                О.Л. Гаськова


ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Одним из главнейших инструментов, позволяющих оце­нивать температуру и давление образования глубинных пород, является минеральная геотермобарометрия, в основе которой лежит принцип фазового соответствия (Перчук, Рябчиков, 1976), то есть Р-Т условия находят свое отражение в наборе и химическом составе сосуществующих минералов.

Факт существования на сегодняшний день многих десятков версий геотермобаромет-ров и постоянная разработка новых свидетельствует о неудовлетворенности современной фундаментальной петрологической науки сложившимся положением дел в этой области. Действительно, существующие работы по оценке достоверности тех или иных методов показывают, что значения температуры и давления формирования парагенезисов, полу­чаемые по различным геотермобарометрам, могут не только существенно отличаться по абсолютным величинам, но и иметь противоположные тенденции в приложении к одним и тем же сериям образцов. Это заставляет искать новые подходы к совершенствованию геотермобарометрических методов, которые, к тому же, являются важным опорным зве­ном при разработке и обосновании критериев алмазоносности, поиске и отборе перспек­тивных в отношении наличия алмазов кимберлитовых трубок.

В результате детальных минералогических исследований глубинных ксенолитов, включений и сростков с алмазами, анализа обширного фактического материала по мине­ральному и химическому составу перидотитов и эклогитов, проведенных под руково­дством В.С.Соболева и Н.В.Соболева в Институте геологии и геофизики СО АН СССР (ныне Институт геологии и минералогии СО РАН им. В.С.Соболева), показана важная роль хрома в минералообразовании верхней мантии. Была обозначена перспективность использования состава хромсодержащих минералов, в особенности богатых хромом пи­ропов-спутников алмаза, в качестве индикаторов давления.

Перспективным направлением развития методов минеральной геотермобарометрии является поиск закономерностей внутрифазового перераспределения катионов. Струк­турным исследованиям отдельных минералов и синтетических фаз посвящено большое количество работ, но, в целом, злободневная идея построения геотермометров на основе «термодинамики процессов порядка-беспорядка» (Урусов, Хисина, 1985) пока находится в стадии реализации.

Величина, характеризующая разупорядочивание структуры шпинели - степень ин­версии - напрямую связана с составом и Р-Т условиями. Выяснение и калибровка этой взаимосвязи может послужить основой создания дополнительных критериев, полезных при проведении геотермобарометрических оценок для шпинельсодержащих парагенези­сов.

Цель работы: исследование при высоких Р-Т параметрах химического взаимодейст­вия между фазами в гранатсодержащих ассоциациях модельной системы MgO-Al203-Si02-Cr203 (MASCr), между минералами в природном образце гранатового лерцолита, а также выяснение закономерностей перераспределения катионов в структуре шпинели с изменением температуры и давления. Объединяющим моментом обозначенных исследо­ваний являлась проблема совершенствования методов геотермобарометрии перидоти­тов.

Основные задачи:

  1. Разработка методики проведения экспериментальных исследований при высоких Р-Т параметрах, обеспечивающей получение воспроизводимых результатов в области дав­лений до 100 кбар.
  2. Исследование сечения пироп-кноррингит в системе MASCr на предмет зависимо­сти максимального содержания хрома в гранатах от давления и температуры.

1


3.  Исследование зависимости содержания хрома от Р-Т параметров в гранате и шпи­

нели дивариантной ассоциации Fo+Gar+Opx+Sp, моделирующей парагенезис гранатовых

гарцбургитов.

4.   Экспериментальное исследование процесса перехода гранатового лерцолита в

шпинелевый в природных образцах.

  1. Синтез стехиометричного магнезиоферрита и проведение серии экспериментов при высоких Р-Т параметрах по его отжигу и закалке.
  2. Исследование образования дефектных шпинелей в системе МАСг при взаимодей­ствии твердых растворов MgA^CvMgC^C^ и А1203-Сг203.

7.   Создание программного обеспечения, позволяющего проводить массовый экс­

прессный анализ рентгеновских данных для фаз, в частности, вычисление параметров

элементарной ячейки.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены результаты, полученные автором за период 1984-2010 гг. в ходе проведения исследований в области экспериментальной петрологии и минералогии верхней мантии. Тематика исследований входила в план НИР Института геологии и минералогии СО РАН и поддерживалась в рамках программ РФФИ.

Лично или при непосредственном участии проведено более 800 опытов при высоких Р-Т параметрах на аппаратах: многопуансонных, «поршень-цилиндр», Белт. Во время полевых сезонов 1991-1993 гг. автором бьша собрана и впоследствии проанализирована коллекция из нескольких десятков мантийных ксенолитов в щелочных базальтах Витим-ского нагорья, благодаря чему стало возможным выбрать подходящие образцы для экс­периментов с природным материалом.

Применялись методы оптической микроскопии, рентгеновской дифрактометрии и рентгеновского микроанализа, сканирующей и низкотемпературной калориметрии. Ис­следования образцов проводились в аналитическом центре ИМП СО РАН, в центре кол­лективного пользования на химическом факультете НГУ. Часть микрозондовых анализов выполнена в Институте химии М.Планка, Германия. Автором лично обработаны более 500 рентгеновских дифрактограмм и систематизированы результаты химического микро­анализа состава более 2000 индивидуальных точек. Применены собственные программ­ные разработки для расчета параметров элементарной ячейки, петрохимических и гео-термобарометрических расчетов по большим массивам данных, а также для проведения регрессионного анализа.

Основные защищаемые положения:

  1. Линия моновариантной реакции 3MgSi03+Cr203=Mg3Cr2Si3012 в Р-Т координатах расположена в области давлений 80-95 кбар при температурах 1200-1800°С и имеет от­рицательный наклон (??/?? < 0). Содержание кноррингитового компонента в гранатовом твердом растворе Mg3(Al,Cr)2Si3012 возрастает с давлением и температурой, что означает отрицательный наклон изолиний количества хрома в гранате в Р-Т координатах вплоть до границы устойчивости кноррингита. При давлениях выше 30 кбар из составов с боль­шим содержанием хрома, чем в предельном при заданных Р-Т условиях гранате, кри­сталлизуется трехминеральная ассоциация Garss + Opx^ + Esss, а при дальнейшем увели­чении содержания хрома-двухминеральная, Opxss + Esss.
  2. При кристаллизации четырехминеральной ассоциации Gar+Fo+Opx+Sp, модели­рующей парагенезис гранатовых гарцбургитов, содержание кноррингитового компонента в гранате увеличивается с повышением давления и температуры. В отличие от граната, содержание хрома в шинели возрастает с повышением давления и убывает с ростом тем­пературы. Эта закономерность сохраняется в широком Р-Т диапазоне - 30-65 кбар, 1100-1600°С, что позволяет проводить геотермобарометрические оценки условий формирова­ния мантийных перидотитов по составу сосуществующих граната и шпинели.

2


  1. При быстром подъеме мантийного материала реакция перехода гранатового лерцо-лита в шпинелевый может сопровождаться одновременной реакцией распада граната. Эти два процесса, приводя к появлению близких по минеральному составу ассоциаций, обусловливают различие химического состава образующихся минералов. Наиболее от­четливо оно проявлено в содержании алюминия и хрома в шпинели. Такое различие мо­жет быть унаследовано образцами, геологическая история развития которых привела к исчезновению граната, но не обеспечила полной равновесности.
  2. Распределение трехвалентного железа по позициям в структуре шпинели зависит от температуры и давления. Эта зависимость может служить дополнительным па­раметром при геотермобарометрических оценках шпинельсо держащих парагенезисов.

Научная новизна:

1.  Проведены методические разработки, существенно улучшающие контроль Р-Т па­

раметров в высокобарических экспериментах.

2.    Установлено положение линии моновариантной реакции 3MgSi03+Cr203 =

=Mg3Cr2Si3012 в Р-Т координатах и показана зависимость содержания хрома в пироп-

кноррингитовых гранатах от температуры и давления.

  1. Изучена зависимость от Р-Т параметров распределения А1 - Сг между гранатом и шпинелью в ассоциации Gar+Fo+Opx+Sp, моделирующей парагенезис гранатовых гарц-бургитов. Показана принципиальная возможность использования установленной зависи­мости для совместной оценки как температуры, так и давления формирования этого па­рагенезиса.
  2. В экспериментах с природным материалом выявлены новые детали процесса пере­хода гранатового лерцолита в шпинелевый, а именно, одновременное протекание реак­ции между оливином и гранатом с образованием пироксенов и шпинели, а также разло­жение граната с образованием этих же минералов, но с более высоким содержанием гли­нозема.
  3. Впервые изучена зависимость распределения трехвалентного железа по позициям в структуре магнезиоферрита от температуры и давления. Показана возможность генетиче­ского подразделения природных шпинелидов по соотношению разнокоординированного трехвалентного железа в их структуре.

Практическое значение: полученные данные могут быть применены при построе­нии фундаментальных петрологических моделей формирования и эволюции литосферы, при поисках кимберлитовых трубок и оценке их потенциальной алмазоносности. Мето­дические разработки проведения экспериментов расширяют возможности использования техники высоких давлений для получения новых и высокотехнологичных материалов, востребованных в различных отраслях промышленности.

Апробация работы и публикации. Основные результаты и положения работы были представлены вниманию отечественных и зарубежных исследователей и обсуждены на ежегодных семинарах экспериментаторов (ГЕОХИ, 1982, 1983); на всесоюзном симпо­зиуме «Современная техника и методы экспериментальной минералогии» (Черноголовка, 1983); Международном симпозиуме «Состав и процессы в глубинных зонах континен­тальной литосферы» (Новосибирск, 1988); 2-ом Международном симпозиуме по экспе­риментальной минералогии, петрологии и геохимии (Бохум, Германия, 1988); VI Между­народной кимберлитовой конференции (Новосибирск, 1995); 30-м Международном гео­логическом конгрессе (Бейджинг, Китай, 1996); Научно- практической конференции «Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторож­дений алмазов» (Мирный, 1998); XIV Российском совещании по экспериментальной ми­нералогии (Черноголовка, 2001); Международных конференциях по химической термо­динамике в России, Р%.ССТ(Санкт-Петербург, 2002; Москва, 2005; Суздаль, 2007); 9-том Европейском симпозиуме по термическому анализу и калориметрии (Краков, Польша,

3


2006); На Международном симпозиуме, посвященном 100-летию со дня рождения B.C. Соболева «Петрология литосферы и происхождение алмаза» (Новосибирск, 2008). От­дельные этапы исследования поддерживались грантами РФФИ 93-05-09209, 96-05-66037, 00-05-65453, 06-05-65114; МНФ RCYOOO, RCY300, а также в рамках интеграционных проектов №№ 24, 39, 50, финансируемых Президиумом СО РАН.

По теме диссертации опубликовано свыше 50-ти научных работ. Основными является 29, в том числе 16 статей в отечественных и международных рецензируемых журналах, 4 - в тематических сборниках и 9 тезисов докладов на конференциях различного уровня.

Структура и объем работы. Общий объем 222 страницы включает введение, 4 главы и заключение, 54 рисунка, 29 таблиц и список литературы из 246 наименований.

Благодарности. Светлая память академику В.С.Соболеву, руководителю дипломной работы, чьи лекции по петрологии мантии, и, в особенности, личное общение в ходе под­готовки диплома на долгие годы определили круг научных интересов автора.

Искренне благодарен своим первым учителям в области экспериментальной петроло­гии, уже ушедшим от нас |И.Ю.Малиновскому] и ^У.М.Дорошеву.

Глубоко признателен академику Н.Л.Добрецову и д.г.м.н. |Г.Ю.Шведенкову| - офици­альным оппонентам кандидатской диссертации, чьи конструктивные замечания и поже­лания во многом помогли при продолжении и развитии исследований по выбранной те­матике.

Огромная благодарность коллегам по лаборатории к.г.-м.н. Ю.В.Бабичу, к.г.-м.н. В.М.Галкину, д.г.-м.н. В.А.Киркинскому, к.х.н. Р.Г.Куряевой, д.г.-м.н. В.М.Сонину, к.г.-м.н. Н.В.Суркову, в процессе многолетнего повседневного общения с которыми автор нередко получал полезные советы и подсказки и в лице которых всегда имел доброжела­тельных оппонентов для обсуждения узловых моментов работы.

Неоценимая моральная поддержка оказана автору заведующим лаборатории, д.г.-м.н. А.И.Чепуровым. За большую помощь при проведении целого ряда аналитических изме­рений и интерпретации их результатов автор особо благодарен к.х.н. В.А.Дребущаку.

В ходе выполнения экспериментальной части исследований на установках ВД автор постоянно пользовался консультациями ведущих конструкторов лаборатории Я.И.Шурина и А.И.Хмельникова.

В заключение следует подчеркнуть особую, определяющую создание этой работы, роль академика Н.В.Соболева - руководителя научной школы, много лет входящей в число поддерживаемых грантами Президента РФ ведущих научных школ России.

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.