Условия образования калийсодержащих турмалинов Кумды-Кольского месторождения (Кокчетавский массив, Северный Казахстан): по данным изучения твердофазных включений

Объект исследования. В статье приведены результаты исследования твердофазных включений в кристаллах калийсодержащих турмалинов Кумды-Кольского месторождения микроалмазов. В задачи исследования входила оценка Р-Т условий образования кристаллов калийсодержащего турмалина. Материалы и методы. Анализы минералов и их поэлементное картирование были выполнены на рентгеноспектральном микроанализаторе и являются основой данного исследования Методы КР-спектроскопии использовались для идентификации полиморфных модификаций углерода и SiO₂. Результаты. Впервые найдены включения кристаллов алмаза в турмалинах с содержанием К₂О в интервале от 1.0 до 1.6 мас. %. Ранее этот минерал был идентифицирован лишь в наиболее богатых калием ядрах кристаллов турмалина, которые и были утверждены в качестве нового конечного члена - маруямаита. Впервые выявлены включения алмазсодержащего циркона в кристаллах турмалина, с содержанием К2О ниже предела обнаружения. Как и в предыдущих исследованиях, диагностированы включения КПШ в кристаллах как маруямаита, так и турмалина, с переменным содержание калия. Выводы. Данные находки позволяют сделать вывод о необязательности высокобарического образования богатого калием турмалина. Вероятнее всего, особенности химического состава флюида являются главным фактором, контролирующим появление этого необычного по составу турмалина.

1. Добрецов Н.Л., Буслов М.М., Жимулев Ф.И., Травин А.В., Заячковский А.А. (2006) Венд-раннеордовикская геодинамическая эволюция и модель эксгумации пород сверхвысоких и высоких давлений Кокчетавской субдукционно-коллизионной зоны. Геология и геофизика, 47(4), 428-444.

2. Жимулев Ф.И., Полтаранина М.А., Корсаков А.В., Буслов М.М., Друзяка Н.В., Травин А.В. (2010) Структурное положение и петрология эклогитов позднекембрийско-раннеордовикской северо-кокчетавской тектонической зоны (Северный Казахстан). Геология и геофизика, 51(2), 240-256.

3. Корсаков А.В., Михайленко Д.С., Чжан Л., Шу Ю. (2023a) Включения кристаллов алмаза в турмалине шерл-увитового ряда: проблемы генезиса. Зап. Горного ин-та, 261, 1-9. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.18

4. Корсаков А.В., Травин А.В., Юдин Д.С., Маршал Х.Р. (2009) Турмалин как 40Ar/39Ar геохронометр на примере метаморфических пород Кокчетавского массива (Казахстан). Докл. РАН, 424, 531-533.

5. Корсаков А.В., Шацкий В.С., Соболев Н.В. (1998) Первая находка коэсита в эклогитах Кокчетавского массива. Докл. РАН, 360, 77-81.

6. Корсаков А.В., Юдин Д.С., Мусияченко К.А., Демин С.П. (2023б) 40Ar/39Ar датирование маруямаита (калийсодержащего турмалина) из алмазоносных пород Кокчетавского массива. Геодинамика и тектонофизика, 14(3). https://doi.org/10.5800/GT-2023-14-3-0699

7. Лаврентьев Ю.Г., Карманов Н.С., Усова Л.В. (2015) Электронно-зондовое определение состава минералов: микроанализатор или сканирующий электронный микроскоп? Геология и геофизика, 56(8), 1473-1482.

8. Лаврова Л.Д., Печников В.А., Петрова М.А., Заячковский А.А. (1996) Геология Барчинской алмазоносной площади. Отеч. геология, (12), 20-27.

9. Лаврова Л.Д., Печников В.А., Плешаков А.М., Надеждина Е.Д., Шуколюков Ю.А. (1999) Новый генетический тип алмазных месторождений. М.: Научный мир, 221 с.

10. Летников Ф.А. (1983) Образование алмазов в глубинных тектонических зонах. Докл. АН СССР, 271, 433-435.

11. Мусияченко К.А., Корсаков А.В., Летников Ф.А. (2021) Новое проявление маруямаита. Докл. РАН, 498, 58-65.

12. Розен О.М., Зорин Ю.М., Заячковский А.А. (1972) Обнаружение алмаза в связи с эклогитами в докембрии Кокчетавского массива. Докл. АН СССР, 203, 674-676.

13. Сафонов О.Г. (2007) Модели эволюции глубинных щелочных жидкостей. Дис. ... канд. геол.-мин. наук. М., 403 с.

14. Соболев Н.В., Шацкий В.С. (1987) Включения минералов углерода в гранатах метаморфических пород. Геология и геофизика, 28(7), 77-80.

15. Соболев Н.В., Шацкий В.С., Вавилов М.А., Горяйнов С.В. (1991) Включение коэсита в цирконе алмазосодержащих гнейсов Кокчетавского массива - первая находка коэсита в метаморфических породах на территории СССР. Докл. АН СССР, 321, 184-188.

16. Соболев Н.В., Шацкий В.С., Вавилов М.А., Горяйнов С.В. (1994) Циркон высокобарических метаморфических пород складчатых областей как уникальный контейнер включений алмаза, коэсита и сосуществующих минералов. Докл. РАН, 334, 488-492.

17. Angel R.J., Mazzucchelli M.L., Alvaro M., Nimis P., Nestola F. (2014) Geobarometry from host-inclusion systems: The role of elastic relaxation. Amer. Miner., 99, 2146-2149.

18. Berryman E.J., Wunder B., Wirth R., Rhede D., Schettler G., Franz G., Heinrich W. (2015) An experimental study on K and Na incorporation in dravitic tourmaline and insight into the origin of diamondiferous tourmaline from the Kokchetav Massif, Kazakhstan. Contrib. Mineral. Petrol., 169, 28. https://doi.org/10.1007/s00410-015-1116-9

19. Berryman E., Wunder B., Rhede D. (2014) Synthesis of K-dominant tourmaline. Amer. Miner., 99, 539-542.

20. Borghini A., Ferrero S., O'Brien P.J., Laurent O., Gunter C., Ziemann M.A. (2020) Cryptic metasomatic agent measured in situ in Variscan mantle rocks: Melt inclusions in garnet of eclogite, Granulitgebirge, Germany. Metamorphic Geol., 38, 207-234.

21. Chopin C. (1984) Coesite and pure pyrope in high-grade blueschists of Western Alps: a first record and some consequences. Contrib. Mineral. Petrol., 86, 107-118.

22. Chopin C., Sobolev N.V. (1995) Principal mineralogic indicators of UHP in crustal rocks. ultrahigh Pressure Metamorphism. (Ed. by R.G. Coleman, X. Wang). Cambridge: Cambridge University Press, 96-131.

23. Dobretsov N.L., Sobolev N.V., Shatsky V.S., Coleman R.G., Ernst W.G. (1995) Geotectonic evolution of diamondi-ferous paragneisses of the Kokchetav complex, Northern Kazakhstan - the geologic enigma of ultrahigh-pressure crustal rocks within Phanerozoic foldbelt. Island Arc, 4, 267-279.

24. Dobrzhinetskaya L.F., Braun T.V., Sheshkel G.G., Podkuiko Y.A. (1994) Geology and structure of diamond-bearing rocks of the Kokchetav massif, Kazakhstan. Tectonophysics, 233, 293-313.

25. Ferrero S., Angel R.J. (2018) Micropetrology: Are Inclusions Grains of Truth? J. Petrol., 59, 1671-1700.

26. Ferrero S., Bartoli O., Cesare B., Salvioli-Mariani E., Acosta-Vigil A., Cavallo A., Groppo C., Battiston S. (2012) Microstructures of melt inclusions in anatectic metasedimentary rocks. J. Metamorphic Geol., 30, 303-322.

27. Ferrero S., Ziemann M.A., Angel R.J., O'Brien P.J., Wunder B. (2015) Kumdykolite, kokchetavite, and cristobalite crystallized in nanogranites from felsic granulites, Orlica-Snieznik Dome (Bohemian Massif): not evidence for ultrahigh-pressure conditions. Contrib. Mineral. Petrol., 171, 3.

28. Hermann J., Green D.H. (2001) Experimental constraints on high pressure melting in subducted crust. Earth Planet. Sci. Lett., 188, 149-186.

29. Hwang S.L., Yui T.F., Chu H.T., Shen P., Liou J.G., Sobolev N.V. (2013) Oriented kokchetavite compound rods in clinopyroxene of Kokchetav ultrahigh-pressure rocks. J. Asian Earth Sci., 63, 56-69.

30. Hwang S.-L., Shen P., Chu H.-T., Yui T.-F., Liou J.G., Sobolev N.V. (2009) Kumdykolite, an orthorhombic polymorph of albite, from the Kokchetav ultrahigh-pressure massif, Kazakhstan. Europ. J. Miner., 21, 1325-1334.

31. Hwang S.-L., Shen P., Chu H.-T., Yui T.-F., Liou J.G., Sobolev N.V., Shatsky V.S. (2005) Crust-derived potassic fluid in metamorphic microdiamond. Earth Planet. Sci. Lett., 231, 295-306.

32. Hwang S.-L., Shen P., Chu H.-T., Yui T.-F., Liou J.G., Sobolev N.V., Zhang R.-Y., Shatsky V.S., Zayachkovsky A.A. (2004) Kokchetavite: a new potassium-feldspar polymorph from the Kokchetav ultrahigh-pressure terrane. Contrib. Mineral. Petrol., 148, 380-389.

33. Kanzaki M., Xue X., Amalberti J., Zhang Q. (2012) Raman and NMR spectroscopic characterization of high-pressure K-cymrite (KAlSi3O8<H2O) and its anhydrous form (kokchetavite). J. Mineral. Petrol. Sci., 107, 114-119.

34. Korsakov A.V., Hermann J. (2006) Silicate and carbonate melt inclusions associated with diamonds in deeply subducted carbonate rocks. Earth Planet. Sci. Lett., 241, 104-118.

35. Korsakov A.V., Rezvukhina O.V., Rezvukhin D.I., Greshnyakov E.D., Shur V.Y. (2020) Dumortierite and tourmaline from the Barchi-Kol diamond-bearing kyanite gneisses (Kokchetav massif): A Raman spectroscopic study and petrological implications. J. Raman Spectroscopy, 51, 1839-1848.

36. Korsakov A.V., Shatsky V.S., Sobolev N.V., Zayachkovsky A.A. (2002) Garnet-biotite-clinozoisite gneisses: a new type of diamondiferous metamorphic rocks of the Kokchetav massif. Europ. J. Miner., 14, 915-929.

37. Korsakov A.V., Theunissen K., Smirnova L.V. (2004) Inter-granular diamonds derived from partial melting of crustal rocks at ultrahigh-pressure metamorphic conditions. Terra Nova, 16, 146-151.

38. Korsakov A.V., Zhimulev E.I., Mikhailenko D.S., Demin S.P., Kozmenko O.A. (2015) Graphite pseudomorphs after diamonds: An experimental study of graphite morphology and the role of H2O in the graphitisation process. Lithos, 236-237, 16-26. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2015.08.012

39. Lussier A., Ball N.A., Hawthorne F.C., Henry D.J., Shimizu R., Ogasawara Y., Ota T. (2016) Maruyamaite, K(MgAl2)(Al5Mg)Si6O18(BO33(OH)3O, a potassium-dominant tourmaline from the ultrahigh-pressure Kokchetav massif, northern Kazakhstan: Description and crystal structure. Amer. Miner., 101, 355-361.

40. Marschall H.R., Korsakov A.V., Luvizotto G.L., Nasdala L., Ludwig T. (2009) On the occurrence and boron isotopic composition of tourmaline in (ultra)high-pressure metamorphic rocks. J. Geol. Soc., london, 166, 811-823.

41. Massonne H.-J., Bernhardt H.-J., Dettmar D., Kessler E., Medenbach O., Westphal T. (1998) Simple identification and quantification of microdiamonds in rock thinsections. Europ. J. Miner., 10, 497-504.

42. Mikhno A.O., Korsakov A.V. (2013) K2O prograde zoning pattern in clinopyroxene from the Kokchetav diamond-grade metamorphic rocks: Missing part of metamorphic history and location of second critical end point for calcsilicate system. Gondwana Res., 23, 920-930.

43. Mikhno A.O., Schmidt U., Korsakov A.V. (2013) Origin of K-cymrite and kokchetavite in the polyphase mineral inclusions from Kokchetav UHP calc-silicate rocks: evidence from confocal Raman imaging. Europ. J. Miner., 25, 807-816.

44. Musiyachenko K.A., Korsakov A.V., Shimizu R., Zelenovskiy P.S., Shur V.Y. (2020). New insights on Raman spectrum of K-bearing tourmaline. J. Raman Spectroscopy, 51, 1415-1424.

45. Ogasawara Y., Fukasawa K., Maruyama S. (2002) Coesite exsolution from supersilicic titanite in UHP marble from the Kokchetav massif, northern Kazakhstan. Amer. Miner., 87, 454-461.

46. Ota T., Kobayashi K., Kunihiro T., Nakamura E. (2008) Boron cycling by subducted lithosphere; insights from diamondiferous tourmaline from the Kokchetav ultrahigh-pressure metamorphic belt. Geochim. Cosmochim. Acta, 72, 3531-3541.

47. Perchuk L.L., Safonov O.G., Yapaskurt V.O., Barton J.M.B. (2002) Crystal-melt equilibria involving potassium-bearing clinopyroxene as indicator of mantle-derived ultra-high-potassic liquids: an analytical review. Lithos, 60, 89-111.

48. Perchuk L.L., Yapaskurt V.O. (1998) Mantle-derived ultra-potassic liquids. Geol. Geophys., 39(12), 1756-1765.

49. Romanenko A.V., Rashchenko S.V., Sokol A.G., Korsakov A.V., Seryotkin Y.V., Glazyrin K.V., Musiyachenko K. (2021) Crystal structures of K-cymrite and kokchetavite from single-crystal X-ray diffraction. Amer. Miner., 106, 404-409.

50. Safonov O.G., Perchuk L.L., Litvin Y.A., Bindi L. (2005) Phase relations in the CaMgSi2O6-KAlSi3O8 join at 6 and 3.5 GPa as a model for formation of some potassium-bearing deep-seated mineral assemblages. Contrib. Mineral. Petrol., 149, 316-337.

51. Schulze D.J., Helmstaedt H. (1988) Coesite-Sanidine Eclogites from Kimberlite: Products of Mantle Fractionation or Subduction? J. Geol., 96, 435-443.

52. Seki Y., Kennedy G.C. (1964) The breakdown of potassium feldspar, KAlSi3O8 at high temperatures and high pressures. amer. Miner., 49, 1688-1706.

53. Shatsky V.S., Sobolev N.V., Vavilov M.A. (1995) Diamond-bearing metamorphic rocks of the Kokchetav massif (northern Kazakhstan). ultra-High Pressure Metamorphism. Cambridge: Cambridge University Press, 427-455.

54. Shimizu R., Ogasawara Y. (2005) K-Tourmaline in diamond-bearing rock from Kokchetav. Mitteilungen der Osterreichischen Mineralogischen Gesellschaft, 150.

55. Shimizu R., Ogasawara Y. (2013) Diversity of potassium-bearing tourmalines in diamondiferous Kokchetav UHP metamorphic rocks: A geochemical recorder from peak to retrograde metamorphic stages. J. Asian Earth Sci., 63, 39-55.

56. Smith D.C. (1984) Coesite in clinopyroxene in the Caledonides and its implications for geodynamics. Nature, 310, 641-644.

57. Smyth J.R., Hatton C.J. (1977) A coesite-sanidine grospydite from the Roberts Victor kimberlite. Earth Planet. Sci. lett., 34, 284-290.

58. Sobolev N.V., Shatsky V.S. (1990) Diamond inclusions in garnets from metamorphic rocks: a new environment for diamond formation. Nature, 343, 742-746.

59. Theunissen K., Dobretsov N.L., Korsakov A., Travin A., Shatsky V.S., Smirnova L., Boven A. (2000) Two contrasting petrotectonic domains in the Kokchetav mega-melange (north Kazakhstan): difference in exhumation mechanisms of ultrahigh-pressure crustal rocks, or a result of subsequent deformation? Island Arc, 9, 284-303.

60. Zedgenizov D.A., Kagi H., Shatsky V.S., Ragozin A.L. (2014) Local variations of carbon isotope composition in diamonds from Sao-Luis (Brazil): Evidence for heterogenous carbon reservoir in sublithospheric mantle. Chem. Geol., 363, 114-124.