ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Одной из фундаментальных геохимических проблем, связанных с зарождением и эволюцией глубинных магм, является установление условий генезиса и химизма среды кристаллизации природных алмазов и их коренных месторождений. К настоящему моменту накоплен значительный объем данных об особенностях состава сингенетических с алмазом включений, однако по-прежнему мало внимания уделяется редким включениям флогопита, которые являются контейнерами OH, F и Cl и главными индикаторами модального мантийного метасоматоза. В числе факторов, оказывающих влияние на состав минерала, можно выделить химизм метасоматизирующего агента, степень частичного плавления, закономерности межфазового распределения элементов в условиях различных P-T параметров, типоморфные особенности алмазообразующего субстрата, а также собственные кристаллохимические особенности слюд. Цель проекта – установление условий возникновения и состава среды кристаллизации мантийного флогопита. Так как запланированные параметры моделирования близки алмазной фации глубинности, в проекте будет затрагиваться проблема зарождения и эволюции алмазообразующих расплавов, формирования флогопит-содержащих минеральных ассоциаций включений в алмазах глубинных ксенолитов в кимберлитах. Основными задачами проекта являются уточнение химического состава среды, необходимой для образования слюд, которые можно использовать в качестве индикаторов парагенезисов природного алмаза, а также изучение кристаллохимии и термодинамики флогопитов с типоморфными примесными компонентами (TiO2 и Cr2O3). В проекте предлагается междисциплинарный подход, заключающийся в использовании методов экспериментального исследования модельных систем с природным химизмом и теоретического метода атомистического компьютерного моделирования. Экспериментальная часть проекта позволит учесть особенности межфазового распределения компонентов и химизм системы. Флогопит будет рассмотрен в качестве индикатора степени вовлечения корового вещества в процесс мантийного метасоматоза. Расчетная часть предполагает моделирование кристаллохимических и термодинамических свойств флогопита при одновременном накоплении примесей TiO2 и Cr2O3, типоморфных для корового и мантийного субстратов, соответственно. Это позволит выявить конкурирующие особенности примесных компонентов и ввести ограничения на возможность их взаимного накопления во флогопите преобразования минерала в диоктаэдрические разности. Запланированные комплексные экспериментальные данные по стабильности флогопита и межфазовому распределению примесных элементов в условиях различного соотношения главных и примесных компонентов карбонатно-силикатных водосодержащих систем в совокупности с теоретическими расчетами (атомистическое компьютерное моделирование) будут приложены к проблемам эволюции минеральных ассоциаций и зарождения глубинных магм.
Establishment of the conditions of the genesis and chemistry of the crystallization environment of natural diamonds and their bedrock deposits is one of the fundamental geochemical problems associated with the origin and evolution of deep magmas. To date, a significant amount of data has been accumulated on the compositional patterns of syngenetic inclusions in diamond, but little attention is still paid to rare phlogopite inclusions, which are the containers for OH, F and Cl and the key indicators of modal mantle metasomatism. Among the factors controlling the composition of this mineral, we should highlight the chemistry of the metasomatizing agent, the degree of partial melting, patterns of interphase distribution of elements under the different P-T parameters, typomorphic patterns of the diamond-forming substrate, as well as the crystalochemical peculiarities of micas. The project is aimed on understanding of the conditions of the origin and composition of the growth medium of mantle phlogopite. Since the planned modeling parameters are close to the diamond facies depth, the project will address the problem of the origin and evolution of diamond-forming melts, the formation of phlogopite-bearing mineral associations of inclusions in diamonds and deep xenoliths in kimberlites. The main objectives of the project are to clarify the chemical composition of the environment necessary for the formation of micas, which can be used as indicators of natural diamond parageneses, as well as to study the crystal chemistry and thermodynamics of phlogopites with typomorphic impurity components (TiO2 and Cr2O3). The project proposes an interdisciplinary approach, which consists in using methods of experimental research of model systems with natural chemistry and the theoretical method of atomistic computer modeling. The experimental part of the project will allow us to account for the characteristics of the interphase distribution of components and the chemistry of the system. Phlogopite will be considered as an indicator of the degree of involvement of crustal material into the process of mantle metasomatism. The computational part involves modeling of the crystalochemical and thermodynamic properties of phlogopite with the simultaneous accumulation of TiO2 and Cr2O3impurities, typomorphic for crustal and mantle substrates, respectively. This will demonstrate competing patterns of impurity components and introduce restrictions on the probability of their mutual accumulation in phlogopite to transform the mineral into dioctahedral variety. The planned comprehensive experimental data on the stability of phlogopite and the interphase distribution of trace elements under the conditions of different ratios of the major and trace components of carbonate-silicate hydrous systems, along with theoretical simulations (atomistic computer modeling), will be applied to the problems of the evolution of mineral associations and the origin of deep magmas.
Ожидаемые результаты. 2024 г. (1) При верхнемантийных параметрах в диапазоне давлений 4-7 ГПа и температур 900-1300°С будут систематически описаны условия кристаллизации флогопита при различных соотношениях компонентов перидотита и базальта в стартовых составах. Будут установлены соотношения перидотит/базальт в стартовых составах, при которых кристаллизация флогопита сменяется образованием алюмоселадонита. (2) Установление конкурирующего взаимоотношения примесей в составе флогопита в зависимости от доли главных и примесных компонентов корового и мантийного субстратов и выявление эволюции состава синтезированных слюд в соответствии с геохимическими особенностями их минерального парагенезиса. Ожидается, что результаты проведенных экспериментов позволят выявить предельные содержания титана и хрома при их одновременном накоплении в составе флогопита в стартовых системах варьирующего химизма. (3) Сопоставление полученных результатов с литературными данными по включениям слюд в природных алмазах, а также с флогопитами из мантийных ксенолитов из кимберлитов, позволит заключить, возможно ли использование флогопита, в качестве индикатора степени вовлеченности корового субстрата в процессы мантийного метасоматоза. 2025 г. (1) Атомистическое компьютерное моделирование позволит дать теоретическую оценку конкурирующего поведения примесных ионов Ti4+ и Cr3+ в составе флогопита. Полученные результаты будут использованы для оценки влияния примеси TiO2 на кристаллохимию хромсодержащих флогопитов с целью определения их изоморфной емкости титану во всем исследованном Р-Т диапазоне. Ожидается установление влияния примеси на возможное смещение полей стабильности хромсодержащего флогопита. Анализ и систематизация термодинамических свойств смешения исследуемых твердых растворов позволит предсказать поля смешения в тройной системе Cr-флогопит – флогопит – Ti-флогопит и построить предварительную диаграмму стабильности сложных твердых растворов в широком РТ диапазоне (ранее руководителем проекта были получены данные лишь в сериях бинарных систем Cr-флогопит – флогопит и Ti-флогопит – флогопит). Таким образом, теоретические расчеты дополнят экспериментальное исследование по синтезу слюд в рассмотренных карбонатно-силикатных водосодержащих системах путем ввода ограничения на возможность взаимного накопления примесей в флогопите и его преобразования в диоктаэдрические разности слюд. (2) Совокупность результатов экспериментального синтеза слюд в системах, близких к формирующим водосодержащие ультращелочные карбонатитовые расплавы, и атомистического компьютерного моделирования, направленного на выявление конкурирующих особенностей поведения примесных Ti4+ и Cr3+ позволит разработать и протестировать модель их образования. на примере литературных данных по включениям слюд в литосферных алмазах и ксенолитов из мантийных кимберлитов.
Ранее руководителем проекта экспериментально установлены индикаторные особенности флогопита по содержанию примесных элементов (Cr и Ti) в результате изучения систем перидотит/базальт+K2CO3+H2O (Bendeliani et al., 2022). Аргументирован выбор в пользу использования TiO2 и Cr2O3 во флогопите вместо рассмотрения только лишь его магнезиальности при разграничении алмазов на парагенезисы. Показано, что содержание примесей хрома и титана в высокобарических слюдах определяется долей корового вещества в областях развития мантийного метасоматоза и являются индикаторами минеральных парагенезисов, что подтверждает идею академика Н.В. Соболева с соавторами (2009). Значительное уменьшение отношения Mg/(Al+Ti) в мантийном веществе за счет поступления корового материала препятствует образованию флогопита, вместо которого появляется Ti-содержащая диоктаэдрическая слюда. Руководителем проекта проведено атомистическое компьютерное моделирование твердых растворов титан- и хром-содержащих флогопитов (Bendeliani et al., 2023). Получен набор межатомных потенциалов, который корректно воспроизводит структурные особенности и параметры сжимаемости флогопита во всем P-T диапазоне его стабильности. Проведен расчет термодинамических свойств смешения, геометрии структуры твердых растворов флогопита, его титан- и хром-содержащих гипотетических крайних членов, что позволило провести тестирование восьми схем изоморфного вхождения примесей и определить схемы, наиболее реализуемые для природных флогопитов. Таким образом, полученные ранее результаты привели к постановке задач настоящего проекта, решение которых позволит рассмотреть вопросы накопления примесей во флогопите более обширно и систематически, заполнив имеющиеся пробелы как по исследованию экспериментальных систем, так и по недостающей информации о термодинамике бинарных серий твердых растворов триоктаэдрических слюд.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 8 августа 2024 г.-30 июня 2025 г. | Флогопит мантийных минеральных ассоциаций: экспериментальное и компьютерное моделирование |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".