name: «Минералогия и условия образования алмазоносных кианитовых гнейсов участка Барчинский (Кокчетавский массив)»
keyword_list: КР-спектроскопия Термобарометрия Алмаз Кианитовые гнейсы Кокчетавский массив
abstract: Актуальность исследования
  Континентальная кора является основным концентратором К, Th, U, и ее субдукция
  может приводить к рециклированию этих элементов в мантию Земли (Maruyama et al., 2013;
  Safonova et al., 2015). Считается, что образование алмаза (индекс-минерала сверхвысоких
  давлений) в глубокосубдуцированных коровых породах (Hwang et al., 2005, 2006) и породах
  верхней мантии (Navon et al., 1988; Schrauder and Navon, 1994) связано с просачиванием
  ультракалиевых флюидов/расплавов. В качестве источника данных флюидов/расплавов
  обычно рассматривается континентальная кора. Экспериментальные исследования (Hermann
  et al., 2006; Schmidt and Poli, 2014; Shatskiy et al., 2019 и ссылки в этих работах) поведения
  материала континентальной коры в ходе субдукции позволили выявить следующую
  последовательность его трансформации с ростом температуры и давления: (1) дегидратация
  водосодержащих минералов и образование флюидной фазы; (2) отделение флюидной фазы и
  метасоматическое преобразование и/или плавление вышележащих пород верхней мантии; (3)
  появление силикатного расплава in situ и образование ассоциации
  Grt+Ky+Cpx+Phe+Coe+Melt, стабильной в условиях пика метаморфизма при 4–5 ГПа и 950–
  1000°С. Данная ассоциация была обнаружена в породах Кокчетавского массива (Sobolev and
  Shatsky, 1990) и массива Эрцгебирге (Massonne, 1999). Использование метапелитовой
  системы K(N)CM(F)ASH в качестве базовой обусловлено тем, что такая система позволяет
  охарактеризовать взаимоотношения основных минералов сверхвысокого давления (UHP)
  практически всего спектра пород, характерных для континентальной коры (Hermann, 2002a).
  Однако регрессивные преобразования часто практически полностью уничтожают первичные
  высокобарические парагенезисы, что особенно часто наблюдается в метаосадочных породах
  (Stepanov et al., 2016).
  Несмотря на многолетние исследования высокобарических пород Кокчетавского
  массива, большинство наиболее интересных и значимых результатов были получены для
  карбонатно-силикатных пород (Sobolev and Shatsky, 1990; Sobolev et al., 2007; Mikhno et al.,
  2013, Hwang et al., 2004; Shatsky et al., 2005), эклогитов (Katayama et al., 2000a; Okamoto et al.,
  2000; Hwang et al., 2009), кальцитовых (Ogasawara et al., 2002) и доломитовых (Shatsky et al.,
  2005) мраморов. Однако, несмотря на обширную экспериментальную базу, накопленную за
  последние годы (см. обзор Schmidt and Poli, 2014), метапелиты, метаморфизованные в
  условиях алмазной субфации, остаются одним из наименее изученных типов пород (Шацкий
  и др., 2015). Отчасти это связано с тем, что данный тип пород очень редок для
  месторождения Кумды-Коль. Однако для участка Барчинский, и в особенности его югозападного продолжения, кианитсодержащие породы (метапелиты) доминируют среди других
  типов высокобарических пород (Корсаков и др., 1998; Лаврова и др., 1999; Korsakov et al.,
  2002; Шацкий и др., 2015). Наиболее глубинными разновидностями метапелитов
  Барчинского участка являются алмазсодержащие кианитовые гнейсы. В рамках
  диссертационной работы проведено детальное минералого-петрографическое исследование
  алмазоносных кианитовых гнейсов участка Барчинский (Кокчетавский массив). Данные
  породы могут быть адекватно смоделированы в системах K2O-(Na2O)-CaO-MgO-(FeO)-
  Al2O3-SiO2-H2O (Massonne and Szpurka, 1997; Hermann and Green, 2001; Hermann, 2002a;
  Shatskiy et al., 2019), что позволяет применить к алмазоносным кианитовым гнейсам
  полученные ранее результаты экспериментальных работ, а также оценить степень
  завершенности метаморфических реакций на разных этапах преобразования этих
  уникальных пород.
  Объектом исследования являются алмазоносные кианитовые гнейсы участка
  Барчинский (Кокчетавский массив).
  Цель работы – выявление минералого-петрографических особенностей и условий
  образования алмазоносных кианитовых гнейсов участка Барчинский.
  4
  Задачи:
  1. Минералого-петрографическая характеристика алмазоносных кианитовых гнейсов
  участка Барчинский.
  2. Выявление особенностей химического состава породообразующих и акцессорных
  минералов исследуемых алмазоносных кианитовых гнейсов.
  3. Реконструкция метаморфической истории алмазоносных кианитовых гнейсов участка
  Барчинский.
  Фактический материал и личный вклад автора
  Основой для проведения исследования стала коллекция алмазоносных кианитовых
  гнейсов, собранная автором в рамках полевых работ в течение пяти сезонов на участке
  Барчинский (Кокчетавский массив) (2014–2018 гг.), а также коллекция алмазоносных
  кианитовых гнейсов, предоставленная научным руководителем д.г.-м.н. Корсаковым А.В.
  Пробоподготовка, лабораторные и аналитические исследования алмазоносных кианитовых
  гнейсов проводились лично автором с 2014 по 2020 г. Пробоподготовка включала в себя
  изготовление плоскополированных пластинок (30 шт.), дробление образцов (6 шт.),
  извлечение зерен циркона (1550 шт.) и рутила (2350 шт.) и изготовление «шашек» из
  эпоксидной смолы (4 шт.) с зернами циркона и рутила. Бóльшая часть аналитических работ
  проводилась в ЦКП Многоэлементных и изотопных исследований (ИГМ СО РАН, г.
  Новосибирск) и выполнена автором самостоятельно. В ходе аналитических исследований
  получено и обработано более 3500 анализов породообразующих и акцессорных минералов,
  полученных методами электронно-зондового микроанализа и сканирующей электронной
  микроскопии. Автором получено и расшифровано более 1000 спектров комбинационного
  рассеяния (КР-спектров) минералов и компонентов флюидных включений. Методом
  катодолюминесценции было исследовано внутреннее строение 1550 зерен циркона и
  150 зерен кианита. U-Pb TIMS датирование проведено для ~2000 зерен рутила, методом
  масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) определен редкоэлементный состав 18 зерен
  рутила.
  Основные защищаемые положения
  1. Спектроскопическое (КЛ и КР) исследование порфиробластов кианита из
  высокоглиноземистых гнейсов участка Барчинский (Кокчетавский массив) выявило
  присутствие в них крупных гомогенных ядер и нескольких (до 7) внешних ростовых
  зон, что свидетельствует о сложной ростовой истории этого минерала. Подавляющее
  большинство включений коэсита и алмаза было обнаружено в кианите, тогда как в
  гранате и цирконе (признанных минералах-«контейнерах») они редки. Эти находки
  позволяют рассматривать кианит как надежный «контейнер», сохраняющий реликтовые
  высокобарические ассоциации.
  2. Минимальные РТ-параметры прогрессивного этапа метаморфизма алмазоносных
  кианитовых гнейсов, полученные по включениям Zn-содержащего ставролита в рутиле,
  составляют ~1 ГПа и <600℃. Оценки температур пика метаморфизма, рассчитанные по
  двум независимым геотермометрам – Zr-в-рутиле и Ti-в-цирконе, составляют 900±30°С
  при давлениях 5 ГПа. РТ-параметры этапов регрессивного метаморфизма,
  реконструированные по гранат-фенгитовому геотермометру, составляют 720℃ для 1
  ГПа, по гранат-биотитовому геотермометру – 690℃ для 1 ГПа, по полевошпатовому
  геотермометру – менее 600℃ для давлений менее 2.2 ГПа.
  3. U-Pb возраст зерен рутила из алмазоносных кианитовых гнейсов участка Барчинский
  составляет 519±1.6 млн. лет, что моложе U-Pb возраста пика метаморфизма,
  полученного по циркону (530±7 млн. лет). Возраст рутила соответствует времени, когда
  породы находились при РТ-условиях эпидот-амфиболитовой фации (~460–640℃ и 1
  ГПа). Оценки скоростей охлаждения исследуемых пород от пиковых параметров
  метаморфизма, полученных по Zr-в-рутиле и Ti-в-цирконе геотермометрам (900±30℃ и
  5 ГПа), до температур закрытия U-Pb системы в рутиле составляют 27–47±10℃/млн.
  лет. Оценки скоростей эксгумации алмазоносных пород варьируют от 1.3 до 1.5 см/год.
  5
  Научная новизна и практическая значимость работы
  На сегодняшний день имеется ограниченное количество данных о процессах
  минералообразования в природных алмазоносных метапелитах (например, Massonne, 1999,
  2003; Kotková et al., 2011; Шацкий и др., 2015). Детальное исследование алмазоносных
  кианитовых гнейсов в рамках диссертационной работы позволило получить следующие
  принципиально новые данные:
  • Методами катодолюминесценции, дифракции отраженных электронов и Рамановской
  спектроскопии впервые определены особенности внутреннего строения порфиробластов
  кианита из алмазоносных кианитовых гнейсов участка Барчинский. Реконструирована
  стадийность кристаллизации порфиробластов кианита.
  • Изучение включений в акцессорных минералах-контейнерах цирконе и рутиле
  впервые позволило реконструировать прогрессивную часть PT-тренда эволюции
  Кокчетавских алмазоносных пород метапелитового состава. Показано, что рутил, наряду с
  цирконом, является надежным минералом-контейнером, способным сохранять реликтовые
  ассоциации, образованные на прогрессивном этапе метаморфизма.
  • Методами минеральной термобарометрии для алмазоносных кианитовых гнейсов
  участка Барчинский впервые были получены независимые оценки РТ-параметров отдельных
  эпизодов прогрессивного этапа метаморфизма (<1 ГПа и <600℃; 3.8 ГПа и 890°С), пика
  метаморфизма (5 ГПа и 900±30°С) и регрессивного этапа метаморфизма (600–720℃ и 1–2.2
  ГПа).
  • Впервые методом ID-TIMS произведено U-Pb датирование рутила (519±1.6 млн. лет)
  из алмазоносных кианитовых гнейсов Кокчетавского массива, а также оценены скорости
  остывания (27–47±10℃/млн. лет) и эксгумации (1.3–1.5 см/год) исследуемых пород.
  Результаты данного диссертационного исследования могут быть использованы для
  реконструкции условий образования алмазоносных метапелитов, а также геодинамического
  моделирования эксгумации пород сверхвысоких давлений в зонах субдукции. Расширен ряд
  породообразующих и акцессорных минералов, которые могут быть использованы для
  реконструкции различных этапов, запечатленных в породах со сложной термальнометаморфической историей. Впервые показано, что кианит и рутил в породах алмазной
  субфации метаморфизма являются надежными «контейнерами», способными сохранять
  твердофазные включения, отвечающие прогрессивному этапу, пику метаморфизма и
  регрессивному этапу. Вместе с тем, U-Pb датирование зерен рутила и сопоставление с U-Pb
  возрастами, полученными по циркону и монациту, указывают на то, что возраст, полученный
  по рутилу, отвечает остыванию этих пород до 460–640℃ на глубине ~30 км. Следовательно,
  рутил не может быть использован для датирования высокобарических этапов и пика
  метаморфизма, но, несмотря на эти ограничения, последующие термальные события (такие
  как становление Зерендинского гранитного батолита и другие) в пределах Кокчетавского
  массива не нарушили изотопной системы этого минерала.
  Публикации и апробация результатов исследования
  По теме диссертации опубликована 41 работа, из них 11 статей в российских и
  зарубежных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК. Основные положения работы
  представлены в ходе очного участия на российских и международных конференциях
  Соответствие результатов работы научным специальностям
  Результаты работы соответствуют пункту 2 (минералогия земной коры и мантии
  Земли, ее поверхности и дна океанов) паспорта специальности 25.00.05.
  Структура и объем диссертации
  Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения общим объемом
  137 страниц. В ней содержится 45 рисунков, 12 таблиц и 1 приложение. Список литературы
  включает 217 наименований.
  6
  Благодарности
  Работа выполнена в лаборатории теоретических и экспериментальных исследований
  высокобарического минералообразования (№452), под руководством д.г.- м.н. А.В.
  Корсакова, которому автор выражает глубокую признательность. За плодотворное
  сотрудничество и содействие в проведении аналитических работ диссертант благодарен к.г.-
  м.н. Е.Н. Нигматулиной, д.г.-м.н. С.Г. Скублову, к.г.-м.н. Д.А. Замятину, к.ф.-м.н. П.С.
  Зеленовскому и Е.Д. Грешнякову. Неоценимый вклад в работу внесла д.г.-м.н. Э.В. Сокол,
  которой автор выражает искреннюю благодарность. За плодотворные дискуссии и ценные
  замечания автор признателен академику РАН Н.В. Соболеву, академику РАН В.С. Шацкому,
  д.г.-м.н. А.Г. Соколу, д.г.-м.н. Пальянову Ю.Н., д.г.-м.н. Смирнову С.З., д.г.-м.н. А.А.
  Томиленко, к.г.-м.н. А.Л. Рагозину, к.г.-м.н. А.В. Головину, д.г.-м.н. А.Ф. Шацкому и к.г.-
  м.н. А.С. Степанову. Автор сердечно благодарит своих родных и близких людей за
  всестороннюю помощь и поддержку.
  Данная работа выполнена при финансовой поддержке грантов РНФ (15‐17‐30012 и 18-
  17-00186), РФФИ (19-35-90002 и 19-35-50055), а также базового проекта ИГМ СО РА
chairman_dissertation_council.name: Владислав
chairman_dissertation_council.surname: Шацкий
chairman_dissertation_council.patronymic: Станиславович
chairman_dissertation_council.position: главный научный сотрудник
chairman_dissertation_council.degree: Доктор геолого-минералогических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: A-3825-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603662486
chairman_dissertation_council.rinc_id: 61302
chairman_dissertation_council.url: https://www.igm.nsc.ru/index.php/component/comprofiler/userprofile/shatsky
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Татьяна
organization_supervisor.surname: Дзюбенко
organization_supervisor.patronymic: Викторовна
organization_supervisor.position: ведущий инженер
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 38.51.15
rubrics.name: Образование месторождений неметаллических полезных ископаемых
rubrics.code: 38.51.19
rubrics.name: Геология месторождений неметаллических полезных ископаемых
rubrics.code: 38.35.21
rubrics.name: Минералы
oecds.code: 01.05.RE
oecds.name: MINERALOGY
oecds.code: 01.05.KY
oecds.name: GEOLOGY
speciality_codes.name: Минералогия, кристаллография
speciality_codes.code: 25.00.05
supervisors.fio: Корсаков А.В.
supervisors.scientific_degree: Доктор геолого-минералогических наук
supervisors.speciality_code: Минералогия, кристаллография
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Бобров А.В.
opponents.scientific_degree: Доктор геолого-минералогических наук
opponents.speciality_code: Петрология, вулканология
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Сафонов О.Г.
opponents.scientific_degree: Доктор геолого-минералогических наук
opponents.speciality_code: Минералогия, кристаллография
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ СО РАН; ИГМ СО РАН
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ ИМ. В.С. СОБОЛЕВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
protection_organization.ogrn: 1065473055713
protection_organization.supervisor_name: НИКОЛАЙ
protection_organization.supervisor_surname: КРУК
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ СО РАН; ИГМ СО РАН
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ ИМ. В.С. СОБОЛЕВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
author_organization.ogrn: 1065473055713
author_organization.supervisor_name: НИКОЛАЙ
author_organization.supervisor_surname: КРУК
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения