Термобарометрия пород в целом и представляющих интерес для авторов кратонных мантийных перидотитов в частности является как одной из первостепенных задач в определении условий формирования пород, так и важнейшим инструментом, позволяющим проследить процессы, ответственные за это формирование. Большое количество качественных и удобных, применяемых до сих пор термометров и барометров было создано в 70-х и 80-х годах прошлого века при экспериментальном изучении простых силикатных систем типа MgO – Al2O3 – SiO2 (например [O’Neill, Wood, 1979]), CaO – MgO – Al2O3 – SiO2 (например [Ellis, Green, 1979]), CaO – MgO – FeO – Al2O3 – SiO2 (например [Finnerty, Boyd, 1987]). Базировались термобарометры либо на равновесии сосуществующих минералов, рассматриваемых как идеальные твердые растворы с известным соотношением активность – состав (компонентный обмен между двумя минералами, например [Harley, 1984]), либо на вхождении какого-то компонента в минерал в определенных количествах при определенных РТ-условиях (мономинеральные термобарометры (например [McGregor, 1974]). Полученные таким образом данные РТ не всегда бесспорны из-за неточности термодинамических констант, приближенности расчетных формул, погрешностей аналитики и т.д. [Vaganov, Sokolov, 1988], поэтому применение нескольких термометров и барометров к одной минеральной ассоциации должно увеличивать точность определения РТ формирования этой ассоциации, конечно, лишь в случае равновесия всех ее минералов друг с другом. В условиях верхней мантии равновесные минеральные ассоциации, не затронутые метасоматическими изменениями, наблюдаются не всегда, что нередко создает проблему для однозначного определения РТ-параметров мантийных пород. Не менее проблематичным является отсутствие полной минеральной ассоциации. Так, если для лерцолитов ассоциация представлена оливином, моноклинным и ромбическим пироксенами, гранатом/шпинелью, то в гарцбургитах моноклинного пироксена уже нет, а дуниты состоят из оливина с единичными зернами граната/шпинели (а иногда без них). Такой состав сильно сужает рамки термобарометрии в оценке РТ-параметров деплетированных перидотитов, поэтому в данной работе основное внимание уделено мономинеральной оливиновой термобарометрии, базирующейся на вхождении микропримесей в состав оливина в определенных мантийных обстановках.

Коллекция исследованных образцов из трубки Удачной-Восточной представлена гранатовыми деплетированными перидотитами: 76 мегакристаллическими дунитами (оливин + пироп) и 5 мегакристаллическими гарцбургитами (оливин + пироп + энстатит). Оливин формирует 95 % этих пород, зерна пиропа и энстатита единичны (рис. 1).

Минералы деплетированных перидотитов были проанализированы с помощью электронного микрозонда JEOL JXA-8100 (JEOL, г. Токио, Япония) при ускоряющемся напряжении 20 кВ, токе сфокусированного пучка 10 нА и времени счета 20–30 с. Анализ проведен в ЦКП многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Методика анализа детально изложена в работе [Korolyuk et al., 2008]. Определение микропримесей Al и Ca в оливинах было проведено по специальной методике, которая была описана и апробирована в работе [Korolyuk, Pokhilenko, 2016].

Составы проанализированных гранатов из исследованных мегакристаллических перидотитов показаны на рис. 2. На класификационной диаграмме СаО – Cr2O3 [Sobolev et al., 1973] они располагаются в дунитовом поле в области высоких значений Cr2O3. В соответствии с минералогическими критериями алмазоносности [Pokhilenko, Sobolev, 1995] такие составы характерны для потенциально алмазоносных пород. Составы оливинов частично приведены в табл. 1.

Первоочередной задачей авторов был расчет РТ-параметров равновесия мегакристаллических дунитов с помощью термометров и барометров, основанных на корреляции содержаний вышеуказанных микропримесей в оливине с определенными условиями верхней мантии. К одним из наиболее ранних геобарометров такого типа можно отнести геобарометр Финнерти-Риджена для перидотитов широкого диапазона РТ [Finnerty, Rigden, 1981], базирующийся на примеси Са в оливине:

P(kbar)=(–2586–Ca(ppmw)+3.00T(K))/23.1.

Как видно из представленной формулы, расчетное давление зависит от температуры. К определению температуры, не зависящей от давления, был привлечен геотермометр для гарцбургитов из работы [De Hoog, Gall, 2005], в котором определяемая температура зависит только от количества микропримеси Al в оливине:

T °С=11390/(12.52–ln(ppmAl))–273.

Далее для рассчитанных давлений была определена температура с помощью двух барозависимых геотермометров для перидотитов из работы [De Hoog et al., 2010]:

T °С=(10539+79.8·P)/(15.45–lnCa–Ol)–273,

T °С=(11959+55.6·P)/(14.530–lnAl–Ol)–273

и геотермометра для гранатовых перидотитов, предложенного в работе [Bussweiler et al., 2017]:

T °С=(11245+46·Pkbar)/(13.68–ln(Alppm))–273 (рис. 3, а).

На рис. 3, а, представлены также данные, рассчитанные с помощью базового для дунитов геотермометра [O’Neill, Wood, 1979] по содержанию Fe-Mg-Са в гранате и Fe-Mg в оливине:

T °С=(902+(XMg-Ol–XFe-Ol)·(498+1.51(P–30))–98(XMg-Grt–XFe-Grt)+1347XCa-Grt)/(ln(XMg-Ol·XFe-Grt/XFe-Ol·XMg-Grt)+0.357)–273.

Описанные выше термометры были опробованы в сочетании с геобарометром для гранатовых гарцбургитов африканской трубки Робертс Виктор из работы [Grütter et al., 2006], базирующимся на соотношении СаО – Cr2O3 в пиропе:

если Cr2O3≥0.94CaO+5, то P (kbar)=26.9+3.22 Cr2O3–3.03CaO,

или если Cr2O3<0.94CaO+5, то P (kbar)=9.2+36[(Cr2O3+1.6)/(CaO+7.02)] (рис. 3, б).

Рис. 3. РТ-параметры деплетированных дунитов из трубки Удачной-Восточной, рассчитанные с помощью барометров.(а) – [Finnerty, Rigden, 1981]; (б) – [Grütter et al., 2006]. Использованные термометры указаны в легенде. Нанесена линия перехода графит (G) – алмаз (D) [Kennedy C.S., Kennedy G.C., 1976] и геотермы теплового потока 40 и 35 мВт/м2 [Pollack, Chapman, 1977]. Пояснения см в тексте.Fig. 3. PT-parameters (pressure (kbar, abscissa), temperature (°C, ordinate) of depleted dunites from the Udachnaya-Vostochnaya pipe, calculated with the help of barometers.(a) – [Finnerty, Rigden, 1981]; (б) – [Grütter et al., 2006]. Thermometers used are indicated in the legend. Curves have been plotted for graphite (G) to diamond (D) transition [Kennedy C.S., Kennedy G.C., 1976] and 40 mW/m2 and 35 mW/m2 geothermal heat flow [Pollack, Chapman, 1977]. See text for explanations.

Подавляющее большинство точек дунитов, рассчитанных по оливиновым термометрам, образуют на рис. 3, б, размытое облако в высокотемпературной области устойчивости алмаза, пересекая геотерму теплового потока 40 мВт/м2. При этом часть точек составов на рис. 3, б, попадает в область стабильности графита.РТ-параметры равновесия пяти гарцбургитов были оценены как с помощью традиционной пары [McGregor, 1974; O’Neill, Wood, 1979] (рис. 4, а), так и указанными выше (для дунитов) геотермобарометрами, а также с использованием этих геотермометров наряду с энстатитовым геобарометром [Finnerty, Boyd, 1987] (рис. 4, б–г). Для трех гарцбургитов температура была оценена также по геотермометру [Harley, 1984], базирующемуся на Fe-Mg распределении между гранатом и ортопироксеном:T °С=(3740+1400·(Ca-Grt/(Ca+Mn+Fe2++Mg))+22.86·P)/(R·ln((Fe/Mg)-Grt/(Fe/Mg)-Opx)+1.96)–273.На рис. 4, а, черными кружками для сравнения нанесены данные по гарцбургитам из работы [Pokhilenko et al., 1993], в которой отмечалось, что точки мегакристаллических гарцбургитов лежат ниже геотермы теплового потока 40 мВт/м2.

Рис. 4. РТ-параметры деплетированных гарцбургитов из трубки Удачной-Восточной, рассчитанные с помощью барометров.(а) – по [McGregor, 1974]; (б) – по [Finnerty, Rigden, 1981]; (в) – по [Grütter et al., 2006]; (г) – по [Finnerty, Boyd, 1987]. Использованные термометры указаны в легенде к рис. 3; зеленые квадраты – температура по [Harley, 1984]. Нанесена линия перехода графит (G) – алмаз (D) [Kennedy C.S., Kennedy G.C., 1976] и геотермы теплового потока 40 и 35 мВт/м2 [Pollack, Chapman, 1977]. Точки гарцбургитов из работы [Pokhilenko et al., 1993] показаны черными кружками. Пояснения см в тексте.Fig. 4. PT-parameters (pressure (kbar, abscissa), temperature (°C, ordinate)) of depleted harzburgites from the Udachnaya-Vostochnaya pipe, calculated with the help of barometers.(a) – [McGregor, 1974]; (б) – [Finnerty, Rigden, 1981]; (в) – [Grütter et al., 2006]; (г) – [Finnerty, Boyd, 1987]. The thermometers used are indicated in the legend to Fig. 3; green squares stand for temperature according to [Harley, 1984]. Curves have been plotted for graphite (G) to diamond (D) transition [Kennedy C.S., Kennedy G.C., 1976] and 40 mW/m2 and 35 mW/m2 geothermal heat flow [Pollack, Chapman, 1977]. Harzburgite points from [Pokhilenko et al., 1993] are shown in black circles. See text for explanation.

4. ОБСУЖДЕНИЕКак видно из рис. 3, а, термометры, основанные на определении микропримесей Al и Ca в оливине, хорошо сочетаются с барометром, базирующимся на содержании Са в оливине. Однако, если точки дунитов, рассчитанные по термометрам из работы [De Hoog et al., 2010], располагаются вдоль геотермы теплового потока 40 мВт/м2, то данные для тех же образцов, посчитанные с помощью термометров [De Hoog, Gall, 2005; Bussweiler et al., 2017], демонстрируют температуру ниже на 100° и полностью лежат в области стабильности алмаза, оправдывая ожидания, основанные на составе гранатов из этих образцов (см. рис. 2). Точки дунитов, рассчитанные по термометру [O’Neill, Wood, 1979], формируют облако, большей частью лежащее в районе и ниже геотермы теплового потока 35 мВт/м2, и тоже располагаются в области стабильности алмаза. Однако необходимо заметить, что группа значений выходит за рабочие рамки термометров для [Bussweiler et al., 2017]: T (°С) 1000–1300, Р (кбар) 28–60; для [O’Neill, Wood, 1979] T (°С) 900–1400, Р (кбар) 30–60.Точки РТ-оценок дунитов по разным термометрам в сочетании с барометром [Grütter et al., 2006] на рис. 3, б, не образуют трендов вдоль геотерм теплового потока. Бесформенное облако данных, скорее всего, свидетельствует о плохой сочетаемости данного барометра с мономинеральными оливиновыми термометрами.Точки составов дунитов, посчитанные по термометру [O’Neill, Wood, 1979], занимают на обоих графиках очень близкий температурный диапазон в районе геотермы теплового потока 35 мВт/м2 (см. рис. 3, а, б).Оценки РТ параметров гарцбургитов показывают широкий диапазон давлений (42–68 кбар) для определений по [McGregor, 1974] (рис. 4, а), и узкий (48–53 кбар) при расчетах по [Grütter et al., 2006] (рис. 4, в) и [Finnerty, Boyd, 1987] (рис. 4, г). Расчет давления для одного из трех гарцбургитов по [Finnerty, Rigden, 1981] (рис. 4, б) демонстрирует явно завышенную оценку (70 кбар).

Оценки давления одних и тех же деплетированных перидотитов по мономинеральным барометрам не совпадают.

Для оценки РТ-параметров последнего равновесия мегакристаллических дунитов, представленных по большей части оливином, наиболее подходящей, по мнению авторов, оказывается геотермобарометрическая пара барометр Финнерти-Риджена (Са в оливине) для перидотитов широкого диапазона РТ [Finnerty, Rigden, 1981] – термометр Бусвейлера с соавторами (Al в оливине) для гранатовых перидотитов [Bussweiler et al., 2017], хотя небольшая часть данных из области высоких РТ (>60 кбар и 1200 °С) вызывает сомнение.

Термобарометр Грюттера с соавторами, основанный на соотношении СаО – Cr2O3 в пиропе и созданный для гранатовых гарцбургитов африканской трубки Робертс Виктор [Grütter et al., 2006], не всегда согласуется с оливиновыми геотермометрами. Причин может быть несколько: 1) необходимость корректировки уравнений барометра для более широкого компонентного спектра составов; 2) нарушение равновесия между гранатом и оливином; 3) предпочтение в использовании этого барометра в сочетании с гранатовыми термометрами (базирующимися на определении содержания Ni в гранате) и т.д.

Выборка гарцбургитов слишком мала, поэтому данных недостаточно для серьезных выводов. Однако следует признать, что традиционная пара [MacGregor, 1974; O’Neill, Wood, 1979] пока остается наиболее приемлемой для оценки РТ-параметров мегакристаллических гарцбургитов с учетом некоторого занижения температур.

Авторы искренне благодарны редакции и рецензентам за ценные советы и замечания, позволившие существенно улучшить статью.

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.