Введение к работе
Актуальность. Находки коэсита и алмаза в метаморфических породах земной коры (Соболев, Шацкий, 1987; Chopin, 1984; Smith, 1988, Wang et al., 1989) расширили представления о диапазоне условий метаморфизма, но к разряду дискуссионных проблем продолжают относиться природа возникновения алмаза в метаморфических породах, а также механизм реализации высоких температур и давлений. По существующим оценкам скорости погружения и последующего подъема блоков такого типа пород могут составлять 2-10 см/год (Перчук и др., 1998; Добрецов и др., 1999). При этом лишь для немногих комплексов удается подтвердить подобного рода оценки посредством геохронологических методов. Кокчетавский массив является уникальным объектом для изучения высокобарических ассоциаций, так как включения алмаза и коэсита широко распространены и достоверно установлены в различных минералах. Происхождение этих ассоциаций связывают с метаморфизмом сверхвысоких давлений (Chopin, Sobolev, 1995). Комплексное исследование цирконов и гранатов позволяет наиболее полно реконструировать метаморфическую историю Кокчетавского массива.
Цель работы - восстановление метаморфической истории алмазоносных пород (P-T-t тренд) участка Барчинский.
Задачи:
1. изучение твердофазных включений в гранатах и цирконах;
-
сопоставление породообразующих ассоциаций и ассоциаций минералов-включений;
-
сравнение химических составов одноименных минералов-включений и породообразующих минералов;
4. определение этапа метаморфизма, с которым связано
алмазообразование.
Для реализации поставленной цели определяются следующие основные направления. Изучение петрографии и химического состава различных типов пород, оценка физико-химических условий их образования. Определение длительности процессов минералообразования, скоростей изменения температур и давлений на прогрессивной и регрессивной стадиях метаморфизма, с использованием информации о химической неоднородности в гранатах и экспериментальных данных по коэффициентам диффузии в них, а также возрастных определений, сделанных в цирконах методом SHRIMP.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положен фактический материал, собранный в процессе полевых работ и лабораторных исследований алмазсодержащих метаморфических пород Кокчетавского массива за период 1994-1999
годов. Изучено 1500 пластинок и шлифов, 4772 зерна цирконов, 3000 кристаллов гранатов, проанализировано 100 образцов различных типов пород методом РФА, выполнено 3000 микрозондовых определений составов минералов. В работу включены данные по изучению внутреннего строения, примесного состава цирконов и минеральных включений в них, а также определения возраста в отдельных кристаллах циркона с использованием высокочувствительного ионного зонда (SHRIMP, Австралийский Национальный Университет, Канберра).
Научная новизна. На примере участка Барчинский продемонстрировано значительное разнообразие составов минеральных включений в цирконах, среди которых установлены алмаз, коэсит, омфацит, К-пироксен, кварц, графит, хлорит. Это указывает на значительные вариации Р-Т условий в ходе метаморфических преобразований. Проделана уникальная работа по определению возраста для разных зон индивидов циркона. Отсутствие статистически значимого различия между возрастными оценками для центральных и краевых зон кристаллов позволяет определить возраст высокобарического метаморфизма 529+4 млн. лет и утверждать, что длительность процесса кристаллизации метаморфогенного циркона не превышала 10 млн. лет.
Практическое значение. Отработана комплексная методика изучения цирконов (морфология, внутреннее строение, примесный состав) и законсервированных в них минералов-включений, позволившая реконструировать P-T-t тренды пород сверхвысоких давлений. Она может использоваться для восстановления метаморфической истории комплексов аналогичного типа.
Основные защищаемые положения
1. Цирконы, выросшие в различном субстрате (метабазиты,
метапелиты, силикатно-карбонатные породы) в процессе
высокобарического метаморфизма, идентичны по морфологии,
внутреннему строению и химическому составу. Температура и давление
являются определяющими факторами образования метаморфогенного
циркона. При этом даже в пределах одного образца могут сосуществовать
как однородные, так и неоднородные (зональные, пятнистые) кристаллы.
2. Минеральные ассоциации, установленные в виде включений в
цирконе, в сравнении с породообразующими ассоциациями более
разнообразны по набору фаз и их химическому составу. Циркон является
надежным контейнером, в котором сохраняются составы фаз,
образовавшихся в различных Р-Т условиях.
3. Большая часть циркона кристаллизовалась при снижении
температуры и давления, поэтому метаморфическая история
регрессивного этапа реконструирована на базе изучения минеральных
включений, приуроченных к различным зонам кристаллов циркона.
4. Процессы минералообразования в условиях сверхвысоких давлений кратко временны. Их длительность не превышает 10 млн. лет (U-РЬ определения возраста методом SHRIMP), 1-5 млн. лет (по агрегатному состоянию азота в алмазах и кинетике перехода графит-алмаз), 100 тыс. лет (по химической неоднородности в гранатах и экспериментальным данным по коэффициентам диффузии в них).
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликованы 1 статья и тезисы 10 докладов. Отдельные положения были представлены на VII и VIII молодежных конференциях в Иркутске (1997 и 1999 год.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, общим объемом 167 страниц и сопровождается 50 рисунками и 17 таблицами. Список использованной литературы составляет 137 наименований.
