Главная – Журналы – Геология и геофизика 2009 номер 12

В работе сочетаются методы петролого-геохимического и термомеханического численного моделирования для определения условий образования меймечитов Маймеча-Котуйской провинции и базальтов гудчихинской свиты Норильского района, представляющих соответственно конечную и начальную стадии магматизма Сибирской трапповой провинции.
Изучены составы пород, вкрапленников оливина, расплавных включений в оливине наименее измененных меймечитов, а также составы пород и состав оливина дунитов из скважин Г-1 и Г-3, пробуренных в переделах Гулинского массива, Маймеча-Котуйской магматической провинции севера Сибирской платформы. Соотношения Mn/Fe и Ni/Mg в оливине свидетельствуют о перидотитовом мантийном источнике меймечитов. Родоначальный расплав меймечитов в приповерхностных условиях был богат щелочами, содержал около 24 % MgO, был значительно дегазирован, недосыщен сульфидным расплавом и окислен. В глубинных условиях первичный расплав меймечита был, вероятно, богат СО₂ (6 мас.%) и Н₂О (2 мас.%) и образовался в результате частичного плавления перидотитового источника на глубинах около 200 км. Концентрации несовместимых элементов в меймечитовом расплаве указывают на значительную роль граната и глубинного калийсодержащего клинопироксена в его мантийном источнике и свидетельствуют о генетической связи с источниками расплавов гудчихинской свиты и кимберлитов. Особенности геохимии и минералогии изученных дунитов Гулинского плутона свидетельствуют об их тесной генетической связи с меймечитами.
При помощи метода конечных элементов, рассчитана термомеханическая модель взаимодействия мантийной струи с литосферой щита переменной мощности с использованием реалистичной вязкоупругопластичной реологии пород, зависящей от температуры и напряжения.
На основе результатов экспериментальных и модельных исследований предполагается, что мантийная струя пермотриасового возраста с потенциальной температурой около 1650°С транспортировала существенное количество древней рециклированной океанической коры (до 15%) в виде карбонатсодержащего пересыщенного SiO₂ эклогита, низкие степени плавления которого на глубинах 250-300 км приводили к образованию карбонат-силикатных расплавов, метасоматизировавших корни сибирской литосферы. Дальнейший подъем мантийной струи в областях утонения литосферы (Норильский район) приводил к прогрессивному плавлению эклогита и образованию реакционного пироксенита, который затем плавился на глубинах 130-180 км. Большой объем образовавшихся магм (траппы гудчихинской свиты) внедрился в литосферу и привел к ее дестабилизации и обрушению. Погружающиеся блоки литосферы, содержащие фрагменты истощенного метасоматизированного перидотита, прогревались до высоких температур внутренних частей мантийной струи и плавились с образованием меймечитового расплава. Меймечиты проявились на поверхности лишь в области литосферы повышенной мощности, где они избежали смешения с большими объемами траппов в стороне от основной зоны мантийного плавления под более тонкой литосферой. Предполагается, что и меймечиты и первичные магмы сибирских траппов, а также кимберлиты, имеют один и тот же источник несовместимых элементов, а именно корбонатсодержащую рециклированную океаническую кору, принесенную горячей мантийной струей.

Изучены четыре докембрийских метаморфических комплекса, расположенных вблизи отдельных региональных разломов в заангарской части Енисейского кряжа. В результате геолого-петрологических исследований с применением геотермобарометрии было установлено, что неопротерозойский кианит-силлиманитовый метаморфизм умеренных давлений накладывался на регионально-метаморфические андалузитсодержащие породы низких давлений. Выявлена прямая корреляция между возрастом пород и величинами РТ-параметров метаморфизма кианит-силлиманитового типа, что свидетельствует о его региональной структурно-тектонической неоднородности. Среди общих особенностей кианит-силлиманитового метаморфизма выделяются следующие: 1) развитие деформационных текстур (структур) и кианитсодержащих бластокатакластитов (бластомилонитов) с силлиманитом, гранатом и ставролитом по андалузитсодержащим породам регионального метаморфизма; 2) незначительная видимая мощность зонального метаморфизма умеренных давлений (от 2.5 до 7 км), локализованного вблизи надвигов; 3) низкий геотермический градиент при метаморфизме (от 1-7 до 12 °С/км); 4) постепенное повышение общего давления метаморфизма при приближении к надвигам. Эти особенности являются характерными признаками коллизионного метаморфизма при надвигах континентальных блоков и свидетельствуют о почти изотермическом погружении толщ пород. Обоснование этого процесса осуществлено в рамках модели тектонического утолщения земной коры в результате быстрого надвига с последующим быстрым подъемом и эрозией. Надвигание блоков пород осуществлялось со стороны Сибирского кратона в зонах региональных разломов (Ангарский, Маяконский и Чапский участки) или в результате встречных движений в зоне оперяющих разломов более высокого порядка (Гаревский участок).

"Непредсказуемое" (по Г.Г.Ф. Винклеру) открытие флюидных CO₂-включений в гранулитах породило многочисленные дебаты, которые уже на протяжении более 35 лет не прекращаются и имеют важное значение для метаморфической петрологии. Данные по экспериментам и стабильным изотопам подтверждают "бесфлюидную" модель, которой противостоит "флюидная" гипотеза, базирующаяся на присутствии флюидных включений. Выявлено, что помимо CO₂, другие флюиды, а именно высококонцентрированные водные растворы (рассолы), также играют важную роль и могут сосуществовать с минеральными ассоциациями гранулитов при высоких РТ -параметрах. Рассолы, которые также встречаются в виде включений, оставляют свой след при широкомасштабных метасоматических изменениях, типичных для ряда обширных территорий: например, межзерновые прожилки калишпата и выделения кварца (мирмекиты); карбонатный метасоматоз вдоль многокилометровых зон сдвига (Норвегия, Индия); "зарождающиеся чарнокиты" (Индия, Шри-Ланка, Скандинавия); высокоокисленные архейские гранулиты. Вместе с тем эти примеры предполагают, что количество флюидов в самой нижней коре (пик метаморфизма) было очень большим и они должны иметь очень локальное происхождение. Следовательно, эти флюиды уходили из системы в процессе постметаморфического подъема (за исключением реликтов, сохранившихся в виде включений в минералах).
Реликты флюидов, идентичные с флюидами в нижнекоровых гранулитах, были выявлены в мантийных минералах, включая алмаз. Главный источник мантийных флюидов имеет непосредственное отношение к процессам плавления: позднемагматические эманации - из щелочно-базальтовых расплавов, карбонатные метасоматические водные флюиды - из глубинных карбонатитов. Даже если не исключать возможность того, что какая-то часть флюидов возникла за счет плавления в коровых условиях, в целом большинство флюидов в нижнекоровых гранулитах имеет мантийное происхождение. Они перемещались из мантии в кору посредством синметаморфических интрузий, которые также создавали высокий термальный градиент, обычный для гранулитов, в особенности для HT- или UHT-типов. Эти породы имеют преимущественно докембрийский возраст и образовывались в очень короткие интервалы времени: 500, 1000, 1800, 2500 млн лет. Они широко распространены на суперконтинентах или суперкратонах и появляются как в конце периода их становления, так и в короткий период перед их раскалыванием. Образование этих пород происходило согласно механизму вертикальной аккреции континентального слэба, который существенно дополняет классический вариант латеральной аккреции выше зон субдукции при конвергентных границах.

Выполнено детальное геохимическое изучение шпинелевого лерцолита из крупного (12 × 22 × ?30 см) ксенолита, имеющего ненарушенные контакты с вмещающим его щелочным базальтом (базанитом), которым заполнено эродированное жерло позднекайнозойского палеовулкана Шаварын Царам-1 (Западная Монголия). Пошаговое опробование и анализы ксенолита от одного контакта с базальтом до противоположного выполнены на проходящем через его центр срезе вдоль поперечного профиля: для валовых проб лерцолита и базальта (метод ICP-MS) - с шагом 15-20 мм, для кристаллов оливина, ортопироксена, клинопироксена, хромшпинели и микротрещинного вещества (метод LA ICP-MS) - с шагом 4-10 мм. По объему ксенолита несовместимые элементы-примеси, прежде всего легкие РЗЭ, распределены очень неравномерно как в лерцолите, так и в его минералах, а также в микротрещинном веществе. В некоторых их пробах обнаружено аномальное обогащение легкими РЗЭ. Сравнение наблюдаемого распределения несовместимых элементов в лерцолите с его модельным редкоземельным составом, рассчитанным по количественно-минеральному составу, приводит к заключению о том, что помимо структурной примеси, находящейся в минералах лерцолита, переменные количества этих элементов сосредоточены в межзерновых и внутризерновых микротрещинах породы в форме неструктурной примеси. Эксперименты по кислотному выщелачиванию этой неструктурной примеси показали, что она характеризуется намного более высокими значениями параметра (La/Yb)_n (180) по сравнению с вмещающим базальтом (33) и особенно с лерцолитом (1.5-3.6). В продуктах выщелачивания лерцолита, особенно из центральной части ксенолита, также обнаружены P и Ca, между которыми установлена значимая прямая корреляция. Последнее указывает на то, что в составе микротрещинного вещества присутствует в заметных количествах апатит, который концентрирует в себе значительные количества представленных в микротрещинном веществе легких РЗЭ.
Совокупность полученных данных по геохимии исследованного ксенолита, обогащенность вмещающего ксенолит щелочного базальта легкими РЗЭ и другими несовместимыми элементами, а также выявленная неравномерность их распределения в объеме ксенолита, привели к заключению, что одним из наиболее вероятных механизмов аномального и неравномерного обогащения лерцолита неструктурной примесью РЗЭ и других подвижных элементов была инфильтрация ксенолита богатыми этими примесями флюидов, которые отделялись от базальтов в процессе их подъема и проникали в него по сети микротрещин.

Обобщены геофизические данные по глубинной дегидратации стагнирующих субдукционных плит. Скорость диффузии водорода в минералах переходного слоя верхней мантии недостаточна, чтобы этот слой стал однородным даже в масштабах геологического времени в несколько миллиардов лет, поэтому можно ожидать неравномерное распределение водорода в переходном слое. Водосодержащий флюид, формирующийся в переходном слое, будет мигрировать вверх до границы 410 км и накапливаться в составе высокоплотного водосодержащего расплава, гравитационно стабильного в основании верхней мантии, поэтому требуются дальнейшие исследования связи внутриплитного вулканизма со стагнирующими субдукционными плитами и глубинной дегидратацией. Возможно, что геохимические параметры глубинной дегидратации будут отличаться от обычных геохимических параметров пород островодужных обстановок.

Предлагаемая физико-химическая модель впервые позволяет рассчитывать и прогнозировать вязкость близликвидусных магматических расплавов и диффузионную подвижность воды в них как функции следующих параметров: температуры, литостатического и флюидного давлений, состава расплава, включая летучие компоненты (H₂O, OH^-, CO₂, , F^-, Cl^-), соотношения катионов: Al³⁺/(Al³⁺ + Si⁴⁺), Fe²⁺/(Fe²⁺ + Fe³⁺), Al³⁺/(Na⁺ + K⁺ + Ca²⁺ + Mg²⁺ + Fe²⁺); объемного содержания кристаллов и пузырей (до 45 %) - применительно к вязкости магм.
Характерными особенностями новой модели являются: структурно-химический подход, максимально возможная простота, высокая точность прогноза (±30 отн.%), соизмеримая с экспериментальной погрешностью измерений вязкости таких расплавов и диффузии воды в них при высоких давлениях. Основные уравнения для расчетов и прогноза концентрационной, температурной и барической зависимостей вязкости магматических расплавов и диффузии воды в них предложены в следующем виде.
Вязкость магм η_T ^P = η₀ exp (E_X^P/RT),
где η₀ - предъэкспоненциальная константа, характеризующая вязкость расплава при T → ∞, (η₀ = 10^-3.5 ± 10^0.1 (0.1 Па · с)); T - абсолютная температура ( K ); E_X^P - энергия активации вязкого течения (кал/моль), которая является функцией давления и состава расплава, включая летучие компоненты; R = 1.987(кал/моль · K) - универсальная газовая постоянная; и η_T^P - вязкость расплава при данной температуре и давлении (0.1 Па · с).
Диффузия воды:
lg D (H₂O) = -(0.69 lg η + 3.74) (деполимеризованные расплавы: андезит, базальт),
lg D (H₂O) = -(0.29 lg η + 5.35) (полимеризованные расплавы: риолит, обсидиан, альбит, дацит,
где D _H2О - коэффициент диффузии воды (см²/c), ? - вязкость расплава (0.1 Па · с)
Разработана простая компьютерная программа, рекомендуемая для расчетов вязкости магм и диффузии воды в них при моделировании процессов эволюции магм и вулканических извержений, а также их динамики.

Присутствие карбонатитов, ассоциирующих с сиенитами и субщелочными базитами (лампрофирами), в зоне континентальной коллизии Гималаев позволяет предполагать возможность их обнаружения и в других фанерозойских коллизионных обстановках. В качестве одного из таких возможных проявлений рассматривается раннепалеозойская Ольхонская коллизионная система Западного Прибайкалья, где в пределах Тажеранского массива щелочных и нефелиновых сиенитов выявлены субщелочные габброиды и своеобразные карбонатные (бруситовые мраморы) и карбонатно-силикатные породы. Определен возраст щелочных (471 млн лет), нефелиновых (451-464 млн лет) сиенитов и кальцифиров (466 млн лет), он соответствует этапу главных коллизионных событий Ольхонской системы. Приводится геохимическая характеристика магматических и карбонатных пород массива. Детальное картирование показало необычные соотношения сиенитов и бруситовых мраморов, а также нередкую жильную или трубообразную форму карбонатов и кальцифиров. Однако секущие взаимоотношения жильных тел мраморов и карбонатно-силикатных пород с сиенитами, "ксенолиты" последних в мраморах, свидетельствующие в пользу возможного магматического генезиса, противоречат геохимическим характеристикам карбонатных пород, отвечающих типично коровым образованиям. Не исключая возможность полного смещения мантийных меток в "коллизионном котле", мы предлагаем и два других возможных варианта объяснения имеющихся фактов: плавление карбонатных толщ сиенитовыми и базитовыми магмами с последующим внедрением карбонатного расплава в верхние части коры; протрузивное внедрение карбонатов в сиениты и габброиды на поздних этапах контактового воздействия силикатной магмы, а отмеченные выше структурные особенности карбонатов являются результатом пока не очень понятной по механизму поздней перекристаллизации.

Проведено численное моделирование неизотермической равновесной физико-химической динамики воздействия восстановленных астеносферных флюидов на континентальную литосферу под кратонами Сибирской платформы. При метасоматической переработке надастеносферной континентальной мантии восстановленными магматическими флюидами формируется последовательность зон: 1) зона интенсивных сублимации и деплетирования исходных пород по большинству петрогенных компонентов, сопровождающихся зауглероживаением, засолонением и карбонатизацией "рестита", 2) зона обогащения Si и Fe с отложением углерода деплетированных по Na, K, P, Mn исходных пород, 3) зона формирования обогащенных Na алмазоносных лерцолитов, 4) зона обогащенных К гидратированных пород, 5) зона гидратированных пород без обогащения петрогенными компонентами. Первая зона может отвечать области формирования кимберлитовых расплавов, третья и четвертая - могут быть субстратами плавления щелочных, а пятая - толеитовых базитовых магм.

Рассмотрена петрология калиево-щелочных комплексов с лампроитами и карбонатитами, широко представленными в Сибири. Наиболее типичными представителями этого комплекса являются Мурунский и Билибинский массивы на Западном и Центральном Алдане. В этих массивах впервые в мире обнаружен полный набор дифференциатов от К-щелочно-ультраосновных пород, через основные и средние до щелочных гранитов с уникальными остаточными силикатно-карбонатными породами (бенстонитовыми Ba-Sr карбонатитами и чароитовыми породами). С этими же двумя массивами связаны интрузивные аналоги лампроитов, а Мурунский массив, по нашим представлениям, образовался из высокодифференцированных лампроитовых магм. Во многих К-щелочных комплексах проявлены процессы силикатного и силикатно-карбонатного расслоения магмы. Приводятся схемы магматизма обоих массивов. На петрохимических диаграммах парных и тройных корреляций отмечается единый тренд составов и его изменение от ранних пород к поздним.
Рассмотрен химизм лампроитов и приводятся диагностические признаки лампроитов с учетом их химического и минерального составов. На основе геологических, петрологических и геохимических данных проведен формационный анализ щелочных комплексов и впервые выделено по четыре формационных типа лампроитов мира и критерии их алмазоносности.
Рассмотрен петрологический аспект проблемы карбонатитов и на основе геологических, геохимических и генетических признаков выделено четыре формационных типа карбонатитов. В основу выделения формационных типов карбонатитовых комплексов предлагается вносить следующие критерии: тип щелочности (Na или K) щелочных пород комплексов и время отделения карбонатитовой жидкости от силикатных расплавов различных уровней дифференциации первичной магмы. Эти два параметра генетически связаны, и от них зависит и тип рудоносности карбонатитовых комплексов.
Приводится модель формирования К-щелочно-карбонатитовых комплексов, а как пример их рудоносности приводится Томторский щелочно-карбонатитовый массив с туфогенными редкометалльными рудами. На основе геохимии изотопов С, О, Sr и Nd показано, что в зависимости от геотектонического положения К-щелочные комплексы имеют три типа мантийных источника: деплетированную мантию и обогащенные мантии ЕМ-1 и ЕМ-2. Сделан вывод, что рудоносные щелочно-ультраосновные комплексы с карбонатитами и лампроитами могут выплавляться из различных типов мантии, и ее состав не очень влияет на их рудоносность. Вероятно, главным является малая степень селективного плавления мантии (менее 1 %) и привнос плюмами флюидных и щелочных компонентов, которые и стимулируют такое выплавление. А далее очень важным для накопления редкоэлементных и рудных компонентов является длительная дифференциация магмы и проходящие при ее кристаллизации процессы расслоения вещества.

Эксперименты по растворимости H₂O в форстерите в системах Mg₂SiO₄-K₂Mg(CO₃)₂-H₂O и Mg₂SiO₄-H₂O-C проведены при 7.5-14.0 ГПа и 1200-1600 °С. Содержание воды в полученных кристаллах варьирует от 448 до 1480 г/т, что на 40-70 % ниже, чем при аналогичных параметрах в системе форстерит-вода. Данное различие может объясняться более низкой активностью воды в карбонатсодержащем расплаве. Установлено, что количество воды в форстерите меняется систематически с изменением температуры и давления. Так, при 14 ГПа в системе форстерит-карбонат-Н₂О содержание Н₂О в форстерите уменьшается от 1140 г/т при 1200 °С до 450 г/т при 1600 °С, а при 8 ГПа остается постоянным или увеличивается от 550 до 870 г/т при 1300-1600 °С. Приводятся первые данные по D-H-содержащему форстериту. Установлены существенные различия в ИК спектрах D-H- и Н-содержащего форстерита. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что присутствие СО₂ может оказывать существенное влияние на ширину зоны перехода оливин-вадслеит, т.е. на величину сейсмической границы 410 км, которая зависит от содержания воды в оливине и вадслеите.

Сделан обзор последних данных по электропроводности основных минералов верхней мантии: оливина, вадслеита и рингвудита. Существуют три главных механизма электропроводности мантийных минералов: прыжковая, ионная и протонная проводимости. Носителями заряда являются электронная дырка в ионе железа, вакансия в структурной позиции магния и протон соответственно. Прыжковая проводимость - наиболее важный механизм для основных мантийных минералов. Ионная - становится основным механизмом при высоких температурах, так как обладает высокой энергией активации. Протонная проводимость, напротив имеет большое значение при относительно низких температурах, но может стать основным механизмом электропроводности и при высокой температуре, когда номинально безводные мантийные минералы содержат большое количество воды (0.1 мас.%).

Проанализированы литературные данные по коэффициентам гетеровалентной взаимодиффузии NaSi-CaAl в плагиоклазах. Выявлено снижение энергии активации и частотного фактора с ростом парциального давления воды и основности плагиоклаза. Выведено общее выражение, описывающее зависимость коэффициентов взаимодиффузии альбитового и анортитового компонентов от состава (номера N _Pl ) плагиоклаза, температуры T , K и давления воды , кб:
D [см²/c] = exp {13.14 - 0.354N_Pl + 40.72/(1 + P²_H2O) - (116095 - 1037N_Pl + 139732/(1 + P²_H2O))/RT }

Обобщены результаты экспериментов при 700-1100 °С и 3-4 ГПа с пойкилитовыми гранатами из эклогитовых комплексов Эскамбрай (Куба), максютовский (Россия) и Самбагава (Япония). Показано, что дегидратационное плавление включений эпидота, амфибола, хлорита в этих гранатах происходит во всем экспериментальном диапазоне РТ -условий, представительном для большинства ультравысокобарных (UHP) метаморфических комплексов. Минимальные РТ -условия плавления карбонатных минералов во включениях в присутствии водного флюида фиксируются при 800 °С и 3 ГПа. Плавление включений сопровождается возникновением нового граната, химический состав которого зависит как от состава исходных включений, так и от РТ -условий эксперимента. Рост граната наблюдается непосредственно из новообразованного расплава, а также путем замещения стенок вмещающего граната. В последнем случае на фронте замещения наблюдаются реликты расплава. Эксперименты показали, что частичное плавление включений снижает механическую прочность вмещающего граната и может привести к возникновению в нем локальных зон сдвиговых деформаций. В свете полученных результатов проведено исследование алмазоносных и безалмазных карбонатно-силикатных пород из месторождения Кумды-Коль в Кокчетавском массиве. В обоих типах пород обнаружены полиминеральные включения, с которыми связаны новообразования граната, их морфология и состав соответствуют экспериментально установленным критериям плавления. Близость состава минералов из включений и матрикса пород указывает на то, что плавление могло иметь масштабный характер.

Приведен аналитический обзор экспериментальных данных, полученных разными авторами при высоких PT -параметрах в модельной системе MgO-Al₂O₃-SiO₂-Cr₂O₃ (MASCr). Предложен набор из четырех простых полиномиальных уравнений для описания зависимости от температуры и давления содержания хрома в гранате и шпинели, кристаллизующихся в ассоциациях Gar + Opx + Es и Gar + Fo + Opx + Sp.
Первое из уравнений позволяет оценивать минимальное давление при заданной температуре , необходимое для образования перидотитовых гранатов неустановленного парагенезиса с известным количеством кноррингитового компонента. Второе и третье - совместно определяют P и T по содержанию хрома в гранате и шпинели из ассоциаций, включающих оба этих минерала. Если состав шпинели неизвестен, но есть основания относить гранат к шпинельсодержащему парагенезису, для оценки давления при заданной температуре применимо четвертое уравнение.
Изначально предлагаемый метод гранат-шпинелевой геотермобарометрии разрабатывался для гарцбургитового парагенезиса, но формально он приемлем для гранатов с соотношением CaO/Cr₂O₃ < 0.90 (в том числе относящихся к лерцолитовому парагенезису), т.е. попадающих в треугольник Pyr-Kn-Uv взаимной четверной диаграммы Pyr-Cros-Uv-Kn.
Проведены сравнительные геотермобарометрические оценки по представленным уравнениям и эмпирическому геобарометру P _CG для серии гранатовых и гранат-шпинелевых включений в алмазах и сростков с алмазом, а также включений граната в шпинели. При соотношении CaO/Cr₂O₃ в гранате, равном 0.35-0.40, наблюдается хорошая согласованность. Для наиболее высокохромистых и низкокальциевых гранатов упомянутый барометр показывает давления выше на 10-15 % по сравнению с нашими оценками.

Остаточное давление вокруг минеральных включений в алмазе несет важную информацию о глубине алмазообразования. Характерное напряжение вызывается различием термического расширения и сжимаемости между включением и алмазом-хозяином. Авторы определили остаточное давление вокруг минеральных включений в алмазе из кимберлитовой тр. Интернациональная (Якутия, Россия) с использованием недавно нами разработанной трехмерной системы рамановского картирования. Было установлено максимальное остаточное давление вокруг включений оливина (0.69 ГПа) и хромита (0.75 ГПа). Новый метод предполагает одновременно измерять давление и температуру в момент захвата включения алмазом. Полученные значения для исследованного образца составили 3 ГПа и 447 °C, что существенно ниже PT -условий, характерных для мантии. Несколько возможностей обсуждается для объяснения наблюдаемого несоответствия.

Выполнены экспериментальные исследования процессов образования алмаза в щелочной силикат-углеродной системе Na₂O-K₂O-MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂-С при 8.5 ГПа. По критерию нуклеации алмазной фазы высокая алмазообразующая эффективность (массовая спонтанная кристаллизация алмаза) подтверждена для расплавов системы Na₂SiO₃-углерод и впервые обнаружена для расплавов систем CaSiO₃-углерод и (NaAlSi₃O₈)₈₀ (Na₂SiO₃)₂₀-углерод. Установлено, что в полностью смесимых карбонатно-силикатных расплавах, пересыщенных растворенным углеродом по отношению к алмазу, возникает концентрационный барьер нуклеации алмазной фазы при определенном соотношении содержаний карбонатных и силикатных компонентов. Исследование систем с различными составами (эклогит - K-Na-Mg-Ca-Fe-карбонатит - углерод, альбит - К₂СО₃ - углерод и др.) свидетельствует о зависимости положения концентрационного барьера нуклеации от химического состава исследуемой системы и об ингибиторном (затормаживающем) влиянии силикатных компонентов на плотность нуклеации и скорость роста кристаллов алмаза. При этом барьер нуклеации алмаза в многокомпонентном эклогит-карбонатитовом растворителе находится в пределах карбонатитового отрезка составов (менее 50 мас.% силикатной составляющей). Изучение на основе экспериментального критерия сингенезиса алмазов и ростовых включений в них диаграммы сингенезиса системы меланократовый карбонатит - алмаз позволяет определить совокупность областей составов и физических параметров системы, ответственных за совместное формирование алмаза и различных парагенетических ассоциаций минералов и расплавов. Полученные экспериментальные результаты приложены к обоснованию новой физико-химической концепции карбонат-силикатных (карбонатитовых) ростовых сред для доминирующей массы природных алмазов и разработке генетической классификации ростовых включений минералов, расплавов и флюидов в природных алмазах мантийного генезиса.

Сульфидные включения в алмазах - наиболее распространенный тип. Они содержат важные сведения о времени и физико-химических условиях, существовавших при формировании алмаза. Типичным сульфидным включением является моносульфидный твердый раствор (Mss), состав которого принадлежит системе Fe-Ni-S с небольшой добавкой Cu. Этот Mss и его алмазная матрица имеют различное тепловое расширение, поэтому после помещения в капсулу Mss образует серию трещин в алмазе, расходящихся от сульфида. При охлаждении увеличение объема способствует протеканию реакции распада Mss с образованием ассоциации: пирротин + пентландит + халькопирит ± пирит. Распад происходит очень быстро, поэтому Mss фактически отсутствует во включениях. В результате в извлекаемых алмазах весь первоначальный Mss состоит из мелкодисперсного ансамбля продуктов его распада. Халькопирит предпочтительно образуется по краям включений и мигрирует в неглубокие трещины в алмазах. Для интерпретации петрогенезиса алмаза (соотношение перидотитового (P-) и эклогитового (E-) типов) и обычно используемой методики Re-Os датирования решающее значение имеет общий состав захваченного сульфида. Однако его нельзя отождествлять с результатами анализа полированного среза включений. Эта некорректность связана с отличием состава основного вещества включения и его пограничной части, обогащенной главным образом халькопиритом, который мигрировал в окружающие трещины.

Манганоильменит был обнаружен в кимберлитовых породах района Джуина (Бразилия) в качестве одного из мегакристов. Он образует удлиненно-овальные зерна, составляющие 8-30 мас.% тяжелой фракции пород. Химический состав манганоильменита близок к стехиометрическому составу ильменита, за исключением необычно высокого содержания марганца (MnO = 0.63-2.49 до 11 мас.% во включениях в алмазе) и повышенной примеси ванадия (V₂O₃ = 0.21-0.43 мас.%). По составу мегакристы манганоильменита и включения этого минерала в алмазе почти идентичны. По сравнению с пикроильменитом содержания микроэлементов в манганоильмените значительно выше, а вариации содержаний весьма широки. Нормализованное по хондриту распределение микроэлементов в мегакристах манганоильменита аналогично распределению во включениях в алмазе, что подтверждает их генетическую связь. Известные ранее находки манганоильменита в кимберлитовых и родственных им породах являются поздне- или постмагматическими фазами. Они образуют либо реакционные каймы на зернах пикроильменита, либо микрокристаллы в основной массе. В отличие от этих находок, манганоильменитовые мегакристы в кимберлитах района Джуина являются первично-магматической фазой с гомогенным внутренним строением, кристаллизовавшиеся в условиях стабильного роста в условиях нижней мантии или/и переходной зоны. Манганоильменит, в дополнение к гранат-пиропу, хромшпинели, пикроильмениту, хромдиопсиду и магнезиальному оливину, может рассматриваться в качестве еще одного спутника алмаза в кимберлитах.

Изучена кристаллизация алмаза в многокомпонентных расплавах переменного состава, карбонатная часть которых представлена K₂CO₃, CaCO₃ · MgCO₃ и K-Na-Ca-Mg-Fe-карбонатитами, а силикатная - модельным перидотитом (60 мас.% оливина, 16 - ортопироксена, 12 - клинопироксена, 12 - граната) и эклогитом (50 мас.% граната, 50 - клинопироксена). В экспериментах, выполненных при PT -условиях стабильности алмаза, карбонатно-силикатные расплавы ведут себя как полностью смесимые жидкие фазы. При давлении 8.5 ГПа для переменных отношений силикатных и карбонатных компонентов в ростовых расплавах определены концентрационные барьеры нуклеации алмазной фазы (КБНА), которые в перидотитовой системе отвечают соответственно для K₂CO₃, CaCO₃ ·MgCO₃ и карбонатита 30, 25 и 30 мас.% силикатных компонентов, а в эклогитовой - их доля повышается до 45, 30 и 35 мас.%. При более высоких содержаниях силикатов в силикатно-карбонатных расплавах происходит рост алмаза на затравке, сопровождаемый кристаллизацией термодинамически нестабильной графитовой фазы. В специальных сериях экспериментов при P = 7.0 ГПа и T = 1200-1700 °С для составов, отвечающих КБНА, был получен весь набор силикатных минералов перидотитового (оливин, ортопироксен, клинопироксен, гранат) и эклогитового (гранат, клинопироксен) парагенезиса, встречающихся в виде сингенетических включений в природных алмазах, причем в гранатах выявлена примесь натрия, а в пироксенах - калия. Экспериментальные данные настоящей работы указывают на высокую эффективность перидотит-карбонатных и эклогит-карбонатных расплавов для образования алмаза (или нестабильного графита) вместе с сингенетическими минералами и расплавами, что находится в соответствии с карбонатно-силикатной (карбонатитовой) моделью образования алмаза в условиях мантии Земли.

Рассмотрены химические составы исключительно редких включений флогопита из якутских, архангельских и венесуэльских алмазов, ассоциирующих с минералами ультраосновного (перидотитового) и эклогитового типов парагенезиса. Приведены доказательства октаэдрической морфологии, т.е. наличия негативной алмазной огранки для всей серии из 34 образцов выявленных включений флогопита, в том числе полиминеральных, в алмазах. На основании этих данных включения флогопита интерпретируются как сингенетические, равновесные с ассоциирующими минералами. В алмазах ультраосновного типа они ассоциируют с субкальциевым высокохромистым пиропом и/или хромитом, оливином и энстатитом (дунит-гарцбургитовый парагенезис) либо с клинопироксеном, энстатитом и/или оливином и пиропом (лерцолитовый парагенезис). Они высокомагнезиальны с Mg# [100Mg/(Mg + Fe)] от 92.4 до 95.2. Cr₂O₃ преобладает над TiO₂ для H-флогопитов (1.5-2.5 и 0.1-0.4 мас.% соответственно), тогда как TiO₂ преобладает над Cr₂O₃ для L-флогопитов (1.3-3.5 и 0,15-0,5 мас.%). Слюды эклогитового типа представлены флогопитом с Mg# от 47.4 до 85.3 с исключительно широкими колебаниями содержания TiO₂, достигающего 12 мас.%. Дополнительным свидетельством первичного характера флогопита является корреляция его состава с особенностями состава ассоциирующих минералов. Изученные слюды характеризуются пониженным содержанием ВаО (0.10-0.79 мас.%) и широкими вариациями содержания F и Cl, достигающими 1.29 и 0.49 мас.% соответственно. Последнее согласуется с повышенным содержанием Cl в некоторых неизмененных кимберлитах и флюидных наноразмерных включениях в алмазах. Присутствие сингенетического флогопита в алмазах является важным доказательством роли летучих компонентов в их образовании и возможной связи образования части алмазов с ранними стадиями становления кимберлитов.