Метасоматические процессы, происходившие в литосферной мантии, рассматривались многочисленными исследователями начиная с 1970-х годов. Доминирующее положение получила гипотеза об образовании коматиитовых и базальтовых расплавов при высокой степени плавления примитивной мантии, а также комплементарных к ним деплетированных гарцбургитовых реститов [Griffin et al., 1999; и мн. др.]. В дальнейшем происходило изменение состава минералов реститов под воздействием флюидов либо расплавов карбонатитового или силикатного состава [Griffin, O’Reilly, 2007; Agashev et al., 2013; Pokhilenko et al., 2015]. Однако данные метасоматические процессы не приводили к образованию новых фаз и поэтому были названы «скрытыми» [O’Reilly, Griffin, 2013].

Другой тип метасоматических процессов в мантийных ксенолитах проявился в развитии типичных метасоматических минералов (например, флогопит и амфибол), интенсивно замещающих первичный парагенезис, а также минералов, кристаллизовавшихся под воздействием расплавов (рутил, ильменит, графит, сульфиды). Данный тип метасоматоза был назван модальным (термин введен [Harte, 1983]) и изучался различными исследователями [Solov’eva et al., 1994, 2012; Van Achterbergh et al., 2004; и др.]. Перечисленные авторы исследовали химический состав и последовательность метасоматических реакций в перидотитах, приводящих к образованию флогопита и других парагенных минералов. Кроме того, исследовались флогопитсодержащие ксенолиты Куойкского поля [Garanin et al., 1985; Ukhanov et al., 1988; Solov’eva et al., 2015, 2017], был изучен состав их минералов. Авторы предположили, что источником калия и летучих компонентов были флюиды неопределенных мантийных источников, а также флюиды, полученные из перемещающихся к поверхности расплавов протокимберлитов. Был сделан вывод, что флогопит может кристаллизоваться из метасоматизирующих расплавов и/или в результате низкотемпературных реакций. Флогопит-амфиболовая минерализация в ксенолитах и возраст их формирования также изучались С. Аульбах с соавторами, был сделан вывод о возможности формирования в литосферной мантии в палеопротерозойское время – 1290 млн лет [Aulbach et al., 2024]. Однако флогопит-ильменитовые и флогопит-амфиболсодержащие мантийные ксенолиты из литосферной мантии северо-востока Сибирского кратона по-прежнему остаются малоизученными по составу минералов и возрасту их образования.

В работе приводятся новые данные по петрографии и химическому составу минералов из амфибол-флогопитсодержащих глубинных ксенолитов из трубки Обнаженной (Куойкское поле). Впервые приводятся содержания редких элементов в минералах из данного типа пород для этого поля. Многие материалы статьи подготовлены на основе диссертационного исследования [Kalashnikova, 2017]. Полученные результаты позволили по-новому взглянуть на генезис данной группы пород, оценить состав метасоматизирующего агента и время его воздействия.

Трубка Обнаженная расположена в Куйокском кимберлитовом поле, которое находится в бассейне р. Куойка, в среднем течении р. Оленек (Оленекское поднятие, Биректинский террейн – северо-восток Сибирского кратона). Петрографические исследования позволили выделить три основные группы ксенолитов из данной трубки [Kalashnikova et al., 2015]:

1) шпинелевые, шпинель-гранатовые, гранатовые гарцбургиты, лерцолиты, шпинелевые, шпинель-гранатовые, гранат-оливиновые вебстериты и шпинелевые, шпинель-гранатовые, гранатовые вебстериты (серия, которая составляет около ~80 % общего количества ксенолитов в трубке Обнаженной);

2) эклогиты и близкие им по валовому химизму и химизму минералов гранатовые клинопироксениты (~10–15 % ксенолитов);

3) группа флогопит-ильменитовых пород c железистым составом минералов (~10 % ксенолитов).

В исследовании особое внимание было уделено образцам первой группы (так называемая магнезиальная), в которых проявлена мантийная метасоматическая флогопит-амфиболовая минерализация. Породы данной группы характеризуются средне- и крупнозернистой панидиоморфной структурой. Содержание оливина от 40 до 70 % и ортопироксена – 20 %. Оливин образует крупные зерна (до 2–5 мм), разбитые трещинами на блоки, иногда корродированные серпентином, а также небольшие округлые идиоморфные выделения (до 0.7 мм) в ортопироксене. Ортопироксен образует зерна различного размера – от ксеноморфных округлых и вытянутых выделений до крупных зерен 2–3 мм. В нем иногда наблюдаются мелкие ламели структур распада клинопироксена шириной 0.05–0.10 мм. В лерцолитах и оливиновых вебстеритах наблюдаются зерна клинопироксена (от 5 до 20 %), который образует выделения размером 0.5–1.0 мм. Кроме того, в вебстеритах пироксены образуют мегакристаллы (2–8 см) со структурами распада, окруженные перекристаллизованной мелко- и среднезернистой матрицей из тех же минералов. Гранат наблюдается преимущественно в пироксенитах, в виде крупных выделений, иногда в срастании с сульфидами (рис. 1, а), а также в виде структур распада в клинопироксене (рис. 1, а).

Мантийная метасоматическая флогопит-амфиболовая минерализация проявлена во всех петрографических типах пород магнезиальной серии и наблюдается приблизительно в 10 % ксенолитов. В мегакристаллических пироксенитах, состоящих из параллельных пластинок клино- и ортопироксена ± граната ± шпинели, метасоматический флогопит-амфибол развивается преимущественно по пироксену (рис. 1, а–б, рис. 2, а), что указывает на развитие метасоматоза после формирования мегакристаллов и последующего охлаждения пород. Метасоматический амфибол (состав магнезиотарамит-магнезиокатофорит группы натриево-кальциевых амфиболов) может наблюдаться в виде мелких зерен с единой оптической ориентировкой внутри крупного зерна клинопироксена, обычно ориентированных по одному или двум кристаллографическим направлениям (см. рис. 1, б, в; рис. 2, г). На контакте ксенолита с включающим его кимберлитом нередко отмечается срезание зерен флогопита или амфибола, что указывает на развитие метасоматической флогопит-амфиболовой минерализации до попадания ксенолита в кимберлитовый расплав (см. рис. 1, г). Явный метасоматический характер флогопит–амфиболовой минерализации в ксенолитах магнезиальной группы и ее развитие до захвата ксенолитов кимберлитовым расплавом целиком подтверждают мнение предшествующих исследователей [Ukhanov et al., 1988], что этот процесс был связан с интенсивным мантийным метасоматозом литосферной мантии на северо-востоке Сибирского кратона.

Для исследования были отобраны четыре образца с наиболее характерными признаками метасоматических изменений. Описание образцов приведено в табл. 1. Взаимоотношения пироксена и амфибола в некоторых проанализированных зернах приводятся на рис. 1, 2. Представительные химические анализы минералов приведены в Прил. 1, табл. 1.1.

3. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫДетальные минералогические исследования ксенолитов выполнены в ЦКП «Изотопно-геохимических исследований» (Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск, Россия). Содержание главных элементов в минералах определяли на сканирующем электронном микроскопе TESCAN MIRA 3 LMH (Чехия) (аналитики Ю.Д. Щербаков, Л.А. Павлова). Зерна анализируемых минералов были залиты в эпоксидные шашки с полированной поверхностью. Из изученных зерен были отобраны наиболее чистые и крупные, для которых использовали метод РСМА (EPMA) на электронно-микрозондовом анализаторе Jeol Superprobe JXA-8200 (Япония) (аналитик Л.Ф. Суворова). Использовался пятиволновой дисперсионный (WDX) спектрометр, ускоряющее напряжение пучка 20 кВ, ток пучка 20 кА, диаметр пучка 2–5 мкм. Набор природных и синтетических стандартов, используемых для калибровки, включал альбит (Na), пироп для Al, калиевый полевой шпат (K), диопсид (Si, Ca, Mg), оливин (Si, Mg, Fe), гранат (Si, Al, Fe, Mn), рутил (Ti), хромит (Cr, Fe). Время пикового и фонового измерения для каждого элемента составляло 10 с, а аналитические ошибки обычно находились в пределах от 0.01 мас. % (для второстепенных элементов с содержанием, близким к соответствующим уровням определения) до 0.1–0.2 мас. %. Предел обнаружения методом EPMA составлял 0.05–0.04 мас. %.Концентрации редких элементов в минералах были получены методом масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) на микроанализаторе Сameca IMS 4f Ion probe в Центре коллективного пользования на научном оборудовании «Диагностика микро- и наноструктур» (ЦКП ДМНС, Ярославский филиал Физико-технического института РАН, г. Ярославль; аналитик С.Г. Симакин). Энергия первичного пучка ионов O2– – приблизительно 14.5 кэВ, диаметр пучка – 20–30 мкм. Интенсивность тока бомбардирующих ионов составляла 2.53 нА. Настройки и режимы работы прибора регулярно контролировались посредством анализа стандартного образца NIST-610.Датирование флогопита производилось 40Ar/39Ar методом в ИЗК СО РАН с использованием мультиколлекторного масс-спектрометра Argus VI с печью двойного вакуума, позволяющей осуществлять нагрев образца свыше 1700 °С (аналитик А.В. Иванов). Для датирования использовались навески флогопита массой 15–30 мг. Образцы, завернутые в алюминиевую фольгу, помещались в стеклянную ампулу вместе со стандартами BERN4M и затем облучались в исследовательском ядерном реакторе ВВР-К (г. Томск). Параметры облучения такие же, как в работе [Travin et al., 2009].Оценки давлений и температур для ксенолитов производились в программе PTQuick (PTQuick) [Dymshits et al., 2023]. В качестве термометра использовалось равновесие граната и клинопироксена [Nakamura, 2009], в качестве барометра – кондуктивная геотерма, определенная для Куойкского кимберлитового поля [Dymshits et al., 2023].

Оливины из ксенолитов магнезиальной серии из трубки Обнаженной характеризуются относительно узкими вариациями состава с величиной магнезиальности 91.2–93.5 и содержанием NiO 0.38–0.44 мас. %. Среди образцов из трубки Обнаженной более высокие значения магнезиальности при близких концентрациях NiO отмечаются для оливиновых вебстеритов и вебстеритов, по сравнению с лерцолитами. При этом оливины из метасоматизированных образцов совпадают по составу. Исключение составляет обр. 7-345 (рис. 2, а), который отличается повышенным содержанием железа, но данный факт можно объяснить диффузией элементов, перекристаллизованный оливин из матрицы данного образца соответствует по составу другим образцам магнезиальной группы.

Ортопироксены из пород разной литологии в магнезиальной серии трубки Обнаженной достаточно близки по химическому составу. Магнезиальность ортопироксенов (90.7–93.0) близка к сосуществующим с ними оливинам, что, наряду с петрографическими наблюдениями, подтверждает их совместную кристаллизацию. Ортопироксены из Grt, Sp-Grt лерцолитов содержат несколько более высокие концентрации Al2O3, Cr2O3 и близки по магнезиальности к вебстеритам и пироксенитам. При этом ортопироксены характеризуются сходными содержаниями Al2O3.

Клинопироксены из Grt, Sp-Grt лерцолитов пород трубки Обнаженной характеризуются относительно высокими содержаниями Cr2O3, более низкими концентрациями TiO2 и Na2O, чем вебстериты. В образцах с развитием амфиболовой минерализации в зональности клинопироксенов наблюдается снижение содержания хрома от центра к краю.

Гранаты из парагенезисов магнезиальной серии из трубки Обнаженной меняют последовательно свой состав в сторону уменьшения содержания Cr2O3, CaO и величины Mg# от Grt, Sp-Grt лерцолитов к Grt вебстеритам. На диаграмме Cr2O3 – СаО гранаты из магнезиальной группы пород трубки Обнаженной находятся в области лерцолитового парагенезиса. При этом гранаты из метасоматизированных образцов близки по составу к гранатам из аналогичных пород без развития Phl-Amph минерализации [Kalashnikova, 2017].

На рис. 3, а, приведены все данные по составу клинопироксенов и амфиболов из изученных образцов. Предпочтение отдавалось зернам клинопироксена с наименьшим содержанием Na2O (предположительно, испытавшим наименьшее метасоматическое воздействие) и амфиболам с наибольшим отношением SiO2/Al2O3. Диаграммы распределения редких элементов в выбранных точках представлены на рис. 3, б.

На рис. 3, б, приведены содержания несовместимых редких элементов в минералах из исследованных метасоматизированных ксенолитов, нормированные к хондриту С1 [McDonough, Sun, 1995] (белые внутри значки), которые сравниваются с содержаниями редких элементов из неизмененных образцов (залитые значки) (неизмененные образцы по [Kalashnikova et al., 2015]). В целом, кривые распределения редких элементов в гранатах для пород магнезиальной серии из трубки Обнаженной подобны по форме и характеризуются узким диапазоном нормированных концентраций. Отмечается максимум по Ta, незначительный максимум по Zr и Hf, а также минимумы по La, Ti и Sr. Содержания редкоземельных элементов увеличиваются от легких к тяжелым (т.н. нормальное («normal») распределение [Burgess, Harte, 2004]). Кривые распределения в гранатах из образцов с признаками модального метасоматоза в целом похожи на неизменные образцы. Таким образом, химический состав гранатов под влиянием метасоматических процессов изменялся незначительно.

На кривых распределения редких элементов в клинопироксене из магнезиальной серии трубки Обнаженной наблюдается небольшой максимум по Sr+Nd, а также минимумы Ba, Zr + Hf, Ti. Образцы с признаками метасоматических изменений демонстрируют более широкий разброс значений. Особенно отличается образец 7-345, низкие концентрации несовместимых элементов в котором можно объяснить процессами перекристаллизации. В целом, подобный спектр распределения наблюдается в клинопироксенах из ксенолитов метасоматизированных перидотитов Кимберли [Grégoire et al., 2002], для которых предполагаются метасоматические преобразования под действием высокощелочных мафических силикатных расплавов по типу PIC ((флогопит) – ильменит – клинопироксен – рутил). При этом очень низкие содержания оксида титана во всех минералах данного образца, а также низкие концентрации калия в амфиболе плохо согласуются с воздействием расплавов типа PIC, но могут указывать на перекристаллизацию исходного перидотита под действием малоплотного флюида, обогащенного несовместимыми элементами [Witt, Seck, 1989]. Остальные метасоматизированные образцы в целом попадают в поле неизмененных, но демонстрируют более высокие содержания элементов группы HFSE. Привнос элементов группы HFSE и редких земель можно также проследить, проанализировав составы новообразующегося амфибола (рис. 3).

Относительно низкие содержания La в клинопироксенах и амфиболах (Прил. 1, табл. 1.1) позволяют предположить отсутствие карбонатитовой компоненты в расплавах. На диаграмме [La/Yb]n – Ti/Eu [Coltorti et al., 1999] (рис. 4) полученные нами данные попадают в область силикатного метасоматоза.

Таким образом, проанализировав состав минералов из образцов с признаками модального метасоматоза, можно сделать вывод, что образовавшийся по пироксену амфибол, а также испытавший метасоматическое воздействие клинопироксен отличаются более высокими содержаниями таких элементов, как Nb, Ta, La, а также редкоземельных элементов.6. ДАТИРОВАНИЕ ФЛОГОПИТААвторами была также предпринята попытка датирования метасоматических процессов. Возраст полученного плато составляет 1639±5 млн лет. Такой древний возраст соответствует древнему метасоматическому событию и согласуется с литературными данными для Сибирского кратона. Древние 40Ar/39Ar датировки флогопита из мантийных ксенолитов в трубке Удачной в центре Сибирского кратона были получены Л.Н. Похиленко [Pokhilenko et al., 2013]. Указанными авторами были исследованы гранатовый оливиновый клинопироксенит и гранат-ильменитовый перидотит из трубки Удачной. Датировка флогопита из клинопироксенита трубки Удачной (2336±16 млн лет) отвечает крупному древнему метасоматическому событию и не связана с воздействием кимберлитовых расплавов. Также на окраине Сибирского кратона отмечается образование субдукционных и коллизионных гранитоидов, что было связано с его формированием как крупной структуры. Данный процесс происходил от ~2.05–1.95 до 1.90–1.88 млрд лет в разных частях кратона [Donskaya, 2020]. Последующий магматизм был постколлизионным и внутриплитным. Около 1.75–1.70 млрд лет назад происходило внедрение роев базитовых даек в период внутриплитного базитового магматизма [Ernst et al., 2016]. Также были продатированы метасоматические процессы под Восточно-Укукитским полем [Iudin et al., 2023], полученные данные близки к 1388 млн лет, второй этап соответствует 2665 млн лет. Возраст неизмененных перидотитов из трубки Обнаженной, полученный Re-Os методом, составляет 3.51–1.68 млрд лет [Kalashnikova, 2017], что подтверждает развитие древних метасоматических процессов.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕТаким образом, изучение глубинных ксенолитов из кимберлитов, содержащих флогопит и амфибол, позволяет судить о процессах, влияющих на эволюцию вещества мантийной литосферы древних кратонов. Такие особенности магнезиальной группы пород ксенолитов из трубки Обнаженной, как наличие экссолюционных кристаллов пироксена, высокие (1125–900 °С) температуры начала кристаллизации экссолюционных мегакристаллов пироксенов, присутствие глобулей сульфидов и другие, позволили рассматривать Mg-группу как магматическую серию. В дальнейшем данная группа пород испытала метасоматические преобразования, последний этап наиболее четко прослеживается с помощью модального Phl-Amph метасоматоза. На основании развития флогопита и амфибола по пироксенам в породах магнезиальной группы, химического состава минералов делается вывод о воздействии на перидотиты метасоматизирующих силикатных расплавов, обогащенных элементами группы HFSE и редкоземельными элементами. Возраст метасоматических преобразований по 40Ar/39Ar датировкам равняется ~1.7 млрд лет. Phl-Amph метасоматиты, развивающиеся в литосферной мантии под Куойкским кимберлитовым полем по перидотитовым и пироксенитовым породам ранней магматической Mg серии, маркируют этап крупного магматического события.

Авторы выражают благодарность бывшей сотруднице ИЗК СО РАН Л.В. Соловьевой, определившей направление данных исследований, а также аналитикам Л.Ф. Суворовой и А.В. Иванову. Аналитические исследования выполнены в ЦКП «Изотопно-геохимических исследований» ИГХ СО РАН и ЦКП «Геодинамика и геохронология» ИЗК СО РАН.

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.