Особенности состава и эволюция среды образования алмазов ультраглубинного происхождения (месторождение Сао-Луис, Бразилия) Зедгенизов Д.А., Рагозин А.Л. Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН Шацкий В.С. Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН Каги Х. Токийский Университет (Япония) СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОХИМИИ

Сверхглубинные алмазы Superdeep diamonds Maj-Grt, MgSi-Pv, fPer, CaSi-Pv, TAPP, SiO 2 Включения в алмазах Harte, 2010 Эклогитовый субсрат Ультраосновной субстрат

Stachel et al., 2005 Состав алмазообразующих сред (?) Карбонатные расплавы (Walter et al., 2008; Bulanova et al., 2010) Восстановленный C-O-H флюид (Davies et al., 1999; Kaminsky et al., 2001) Разный (Harte et al., 1999; Stachel et al., 2002) В настоящее время существует ряд показателей (например, высокое содержание Al в MgSi-Pv или Eu аномалии в CaSi-Pv), что большая часть сверхглубинных алмазов образовалась не в примитивной мантии, а в погружающейся океанической плите, которая аккумулируется в виде мегалита в верхнем горизонте нижней мантии. Сверхглубинные алмазы Superdeep diamonds

История роста Дефектно-примесный состав Изотопный состав углерода Минеральные включения Микровключения (флюид/расплав) Сверхглубинные алмазы Superdeep diamonds Алмазы из м-я Сао-Луис (Джуина, Бразилия) образовались на глубинах переходной зоны и нижней мантии. Сао-Луис Tappert et al., 2006

Мейджоритовые гранаты эклогитового парагенезиса (±клинопироксен), CaSi- перовскит (±CaTi-перовскит) и чистые алюмосиликатные фазы с переменным соотношением Al и Si. MgSi-перовскит, ферропериклаз, ТАРР (тетрагональный гранат пиропового состава), Cr-пироп, гроссуляр, оливин, шпинель, металличское железо, Fe-сульфиды, ильменит, рутил, коэсит, калишпат, карбонаты и циркон. MgSiO 3 Ol TAPP Минеральные включения fPer Maj Cpx CaTiO 3 white CaSiO 3 gray Ca-carb CaTiO 3 CaSiO 3 Mg# 20÷85

CpxMajFsp Минеральные включения Мейджоритовые гранаты имеют широкий спектр составов. Образование таких гранатов происходило на глубине нижних горизонтов верхней мантии и переходной зоне.

Ассоциация включений CaAlSi- и SiAl-фаз, К-голландита, Maj-граната и SiO 2 соответствует экспериментально обоснованной ассоциации для глубоко субдуцированных метаосадков (Poli and Schmidt 2002). Na-sil Sp Sp SiAl-phase SiO 2 K-hollandite ? SiAl-phase Zrn SiAl-phase Минеральные включения Maj Omph

Общее содержание азота

Агрегация азотных дефектов Степень агрегации (T-t) С-дефектА-дефектВ1-дефект 100%B1 (N>100 ppm) T=1300 o C – время «отжига» >3 Ga (?) T=1500 o C – время «отжига»

N и H увеличиваются N и H уменьшаются Центр Край Азот и водород Центр Край Зависимость содержания примеси азота и водорода свидетельствует о сходных условиях вхождения структурных примесей в сверхглубинных алмазах.

o Алмазы из месторождения Сао-Луис имеют сложную историю роста. o Образование индивидуальных кристаллов происходило по крайней мере в две стадии. Внутреннее строение 10 ppm 100% IaB

Изотопный состав углерода Кристаллы со значительными вариациями 13 C Кристаллы без существенных вариаций 13 C

Изотопный состав углерода Алмазы с включениями Maj –Grt ( 13 C 2 -25) Алмазы с включениями CaSi-Prv ( 13 C ) Алмазы с включениями fPer ( 13 C -2 -6)

(i) 13 C близко к среднемантийному и не имеют существенных вариаций (ii) 13 C к краю уменьшается от среднемантийных до более облегченных значений (Δ-5÷7 ) (iii) 13 C имеет облегченные значения и увеличивается к краю (Δ до 10 ) (iv) 13 C имеет предельно облегченный состав («органогенный») и увеличивается к краю (Δ дo 10 ) Изотопный состав углерода

100 m ИК спектроскопия показывает, что вода и карбонаты не являются основными компонентами таких микровключений. Микровключения (флюид/расплав) Ol fPer H 2 или C n H m ? BSE TEM

Валовый состав микровключений имеет обогащение Ca, Fe и Al и обеднение Mg. UM diamond-forming fluids/melts I II III? I – Карбонатизированные Са-силикатные расплавы II – Существенно железистые расплавы III – Смешение (I) и (II) Микровключения (флюид/расплав)

Модель Harte&Richardson, 2011 Zrn Pb/U Ma; Rt Pb/U Ma CaTiSi-Pv Pb/U 101 Ma – Collier 4 pipe (Bulanova et al., 2009) Grt Nd/Sm Ma – São-Luiz (Harte&Richardson, 2011) Реликты кембрийской субдукции Наиболее вероятным источником Са-карбонатно- силикатных сред могли быть расплавы, образовавшиеся при плавлении субдуцированной океанической плиты. Образование железистых сред может быть связано с плюмом, генерация которого происходит на границе ядро-мантия. Возраст

Ассоциация минеральных включений свидетельствует о преимущественно метабазитовом составе субстрата в которых происходило образование сверхглубинных (сублитосферных) алмазов из месторождения Сао-Луис. Заключение Сверхглубинные (сублитосферные) алмазы из месторождения Сао-Луис имеют сложную историю роста, отражающую их образование в несколько этапов. Образование сверхглубинных (сублитосферных) алмазов из месторождения Сао- Луис происходило на протяжении длительного времени на разных уровнях Переходной Зоны и Нижней Мантии Земли. Возможной средой образования сверхглубинных (сублитосферных) алмазаов из месторождения Сао-Луис являются (i) карбонатизированные Ca-силикатные расплавы, образовавшиеся за счет частичного плавления глубоко субдуцированных пород метасоматизированной океанической литосферы, и (ii) связанные с плюмом железистые расплавы. Наблюдается также смешение между этими двумя средами.

Заключение Для сверхглубинных (сублитосферных) алмазов из месторождения Сао- Луис установлены широкие вариации изотопного состава углерода от 2 до -25 ( 13 C ): (i) Наиболее облегченные составы вероятно отражают состав органического материала в осадках или измененных базальтах, глубоко субдуцированных в Переходную Зону и Нижнию Мантию. Изотопно утяжеленные составы отражают процесс смешения такого источника с углеродом примитивной мантии ( 13 C -5). (ii) Для серии алмазов, в которых наблюдается облегчение изотопного состава углерода, также предполагается их перемещение из примитивного источника в Нижней Мантии вследствие медленного подъема плюма в Переходную Зону и смешение с реликтами органического материала из глубоко субдуцированных пород.