Первые результаты петрологического и геохимического изучения якутских алмазов на основе Re-Os датирования включений сульфидов в единичных кристаллах алмазов

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

ГЕОЛОГИЯ

УДК 549.211

Первые результаты петрологического и геохимического изучения якутских алмазов на основе Re-Os датирования включений сульфидов

в единичных кристаллах алмазов

Виггерс де Врис Д., Г.Р. Дэвис, Д.Г. Пирсон, Г.П. Буланова, А.Д. Павлушин, А.Е. Молотков, А.И. Зайцев, А.П. Смелов

Показаны первые результаты Re-Os датирования сульфидных включений из якутских алмазов экло-гитового парагенезиса. Получены значения модельных возрастов для сульфидов из алмазов трубок «Мир», «Удачная» и имени 23 съезда КПСС. Установлен более широкий диапазон этапов формирования алмазов эклогитового парагенезиса по сравнению с ранними изотопными данными по алмазам с перидотитовым парагенезисом - 3,5 млрд. лет. Показано, что в трубке «Мир» существуют алмазы с модельным возрастом - 340-585 млн. лет. Изохронный возраст алмазов из трубки имени 23 съезда КПСС равен 878 млн. лет.

This article represents the first results obtained by Re-Os dating of sulphide inclusions from the Yakutian diamonds of eclogitic paragenesis. Values of model age for sulphides from diamonds (kimberlite pipes «Mir», «Udachnaya» and 23rd Party Congress) are received. The greater range of growth stages for diamonds of eclogitic paragenesis, in comparison with early isotope data for diamonds ofperidotitic paragenesis - 3,5 Gy is fixed. Diamonds with model age - 340-585 Ma discovered in the «Mir» pipe. Isochronous age of diamonds from 23rdParty Congress is equal -878Ma.

Ключевые слова: алмазы, трубки, эклогитовый парагенез, сульфиды, кора, мантия.

Введение

Датирование включений сульфидов Яе-08 методом несет важную информацию о времени роста алмаза [1-3]. До настоящего времени единственными доступными для возрастной датировки объектами в алмазах Сибирской платформы были 08-содержащие сульфиды перидотитового парагенезиса, которые из-за низких Яе-08 отно-

ВИГГЕРС де В. Дафна - аспирант, Свободный университет Амстердама, Нидерланды; ДЭВИС Гарет Рис - доктор наук, профессор, зав. кафедрой петрологии, Свободный университет Амстердама, Нидерланды; ПИРСОН Д. Грехем - доктор наук, профессор, Департамент наук о Земле Университет Дю-рема, Великобритания; БУЛАНОВА Галина Петровна - доктор наук, почетный профессор, Бристольский университет наук о Земле, Бристоль, Великобритания; ПАВЛУШИН Антон Дмитриевич - к.г.-м.н., с.н.с. ИГАБМ СО РАН; МОЛОТКОВ Андрей Евгеньевич - м.н.с. ИГАБМ СО РАН; ЗАЙЦЕВ Альберт Иванович - к.г.-м.н., зам. директора по научной работе ИГАБМ СО РАН; СМЕЛОВ Александр Павлович - д.г.-м.н., профессор, директор ИГАБМ СО РАН.

шений давали относительно низкую точность в определениях возраста. В попытке лучше разграничить продолжительность конкретных этапов роста алмазов в литосфере Сибири нами приводятся данные Яе-08 датирования для 20 алмазов из трубок «Мир», «Удачная» и имени 23-го съезда КПСС. Большинство алмазов имеет эклогитовый парагенезис. Они отобраны из коллекции, превышающей 6000 образцов, по принципу наибольшего содержания включений сульфидов (до 15 в одном алмазе) в различных зонах роста (рис. 1), что дает возможность разграничить отдельные этапы роста алмаза-хозяина. Основная цель данной работы состояла в том, чтобы установить сохраняются ли в индивидах алмаза следы этапов их многократного роста, которые можно разделить во времени, поэтому особое внимание было уделено алмазам эклогитового парагенезиса.

ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕТРОЛОГИЧЕСКОГО И ГЕОХИМИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ

Методы изучения алмазов и минеральных включений

Морфология и анатомия кристаллов алмаза описаны по форме роста, выявленной с помощью ультрафиолетовой фото- и катодолюминесценции. Агрегированность азота и его содержания определялись методами инфракрасной спектроскопии алмаза-хозяина, а его изотопный состав углерода - с использованием масс-спектрометра вторичного потока ионов или при сжигании мелких фрагментов алмаза после извлечения сульфидов. Включения силикатов, ассоциирующие с сульфидами, проанализированы на электронном микрозонде с целью выявления типа минерального парагенезиса: перидотитового либо эклогитового. Обнаруженные картины фото- и катодолюминес-ценции показали внутреннее строение некоторых образцов. Изотопный состав углерода по мере роста кристаллов от зоны к зоне для данной группы образцов изменяется от -30 до -3%о. В некоторых алмазах изменения изотопного состава от ядра к периферии варьируют до 10%о.

Алмазы с включениями сульфидов были детально сфотографированы перед их извлечением. Кристаллы раскалывались таким образом, чтобы геометрия расположения включений в них четко разграничивалась. Несмотря на трудности в аналитических исследованиях, сульфиды из отдельно взятых образцов алмазов проанализированы так, чтобы установить представляют ли они единую популяцию, сформировавшуюся на одном этапе кристаллизации алмаза. В связи с различной совместимостью Re и Os это может привести к существенному фракционированию Re/Os во времени их существования. Предварительно опубликованные данные по включениям сульфидов из отдельных алмазов Якутии показывают архейские модельные возраста между 3,5 и 3,1 млрд. лет и относительно плохо выраженную изо-хрону из-за ограниченного фракционирования с недостаточно четкой разбивкой между ранними и поздними элементами в ростовой последовательности [4]. Включение дополнительных образцов привело к лучшей изохроне с возрастом 3,5 млрд. лет, что согласуется с модельными возрастами [5]. Единственный алмаз эклогитового парагенезиса из трубки «Мир», показал относительно молодой возраст - менее 582 млн. лет, приближающийся ко времени внедрения кимберлита - 350 млн. лет [5].

Методы извлечения включений

Включения сульфидов в алмазах представлены комплексными прорастаниями твердого раствора моносульфида (Бе-№ сульфиды) с умеренным содержанием N1, Си и Мо. Лазерной резкой на части или полировкой можно провести лишь частичное исследование включения и с большой степенью вероятности исказить содержание 08 в сульфидах. Поэтому в данной работе все сульфиды из алмазов эклогитового типа были извлечены колкой. Такой подход избавляет от потенциальных проблем с неоднородностью сульфида и потерей 08. Выбранные для изучения образцы из трубок «Мир», «Удачная» и имени 23-го съезда КПСС содержат множественные сульфидные включения, находящиеся в больших октаэдрических кристаллах массой 100-700 мг. Раньше включения сульфидов из алмаза извлекались по методике микродистилляции [1].

Результаты

По изотопии углерода и результатам инфракрасной спектроскопии отмечаются различия среди отобранных якутских алмазов эклогито-вого парагенезиса. Например, четыре алмаза из трубки Мир имеют зональность, проявленную в фото- и катодолюминесценции, и содержание азота 40-493 ррт с 38%-й агрегированностью по типу 1аВ. Другие образцы, напротив, не показывают фотолюминесцентной зональности, но содержание азота в них варьирует от 215 до 692 ррт с агрегированностью 16-68%. Последние имеют отношения изотопного состава углерода в диапазоне от -3,4 до -5,8%о, в то время как предыдущие - намного более легкие отношения: от -30 до -15 %о и от -15 до -17 %о, соответственно. Из трубки «Удачная» были изучены два кристалла, проявляющие зональность при свечении в ультрафиолете. Содержание азота в них изменяется в диапазоне 21-255 ррт при 58%-й агрегированности по типу 1аВ. Диапазон по углеродной изотопии для этих образцов невелик: от -3,4 до -5,4 %о. Большинство кристаллов из трубки имени 23-го съезда КПСС обладают фотолюминесцентной зональностью и содержат 129-784 ррт азота с 28%-й агрегированностью типа 1аВ. Диапазон отношения изотопного состава углерода для них варьирует между -2,9 и -7,0 %0.

ВИГГЕРС ДЕ ВРИС, ДЭВИС, ПИРСОН, БУЛАНОВА, ПАВЛУШИН, МОЛОТКОВ, ЗАЙЦЕВ, СМЕЛОВ

Яе-Ов датирование алмазов

Масса включений сульфидов, извлеченных для исследования, составляет от 1,0 до 31,1 мг. Эклогитовые сульфиды главным образом характеризуются радиогенными отношениями 18708/18808 с (от 0,123 до 5,77) и малой концентрацией 08 (от 1,8 ррЬ до 3100 ррЬ). Концентрация Яе варьирует между 6,78 и 745,5 ррЬ.

На рис. 2 показаны соотношения Яе и 08 в сульфидах из алмазов эклогитового типа данного исследования в сравнении с данными для сульфидов из магм, перидотитов и включений из алмазов перидотитового парагенезиса. Большинство экло-гитовых сульфидов отрисовывается на графике близко к линии с пропорцией 1:1, но существенное количество (около 10%) - у линии с более низкими Яе-08 отношениями, что предполагает существенную их дифференциацию и фракционирование в течение алмазообразующих событий.

Высокие Яе-08 отношения в эклогитовых сульфидах делают их наиболее привлекательными для получения информации по их возрасту [1]. Она может быть получена либо из изохронных зависимостей или в форме модельных возрастов по осмию. Модельные возраста ТМА (возраст экстракции из мантийного источника) рассчитываются исходя из 08 и Яе/08 отношений и предполагают единственную стадию экстракции из мантийного источника с дальнейшим сохранением экстрагированного материала в неизменном состоянии. Самостоятельно модельные возраста не надежны из-за потенциально возможного присутствия протогенетических включений, а изохронные зависимости являются предпочтительней, отражая преобладающие высокотемпературные процессы и отношения флюид-порода во время генезиса алмаза и, вероятно, наиболее точно описывают время формирования алмазов даже в про-тогенетических включениях.

Возрасты ТМА из всего набора якутских образцов располагаются в интервале 340 млн. лет, что близко ко времени внедрения кимберлита, до значительно большего, чем возраст Земли (3,2 млрд. лет). Последнее ясно показывает, что сульфиды не могут нести информацию о второй стадии эволюции изотопного состава, т. е. формируются из окружающей мантии. Шесть сульфидов из общего количества имеют 08 изотопные отношения, которые не поддерживаются их содержанием Яе. Этот факт наиболее ясно демонстрируется возрас-

О 100 200 300

Рис. 3. Диаграмма Re/Os изохронизма сульфидных включений, полученных для трубки «Мир».

Для сравнения показаны изохронизмы, составляющие 340 млн. лет и 0,5 млрд. лет

том сульфидов из алмазов трубки «Мир» (рис. 3). Как мы видим, все точки данных по возрастам лежат выше линии 340 млн. лет, эквивалентной внедрению кимберлита. Из этого можно заключить, что образцы не описывают основных потерь Re, и, следовательно, их возраста являются нереально молодыми. В то же время данные не находят определенную согласованную изохронную зависимость, показывая разброс, регрессия которых дает возраст 400 ± 500 млн. лет с чрезвычайно радиогенным первичным изотопным отношением Os (1,9 ± 0,7). Это позволяет предположить, что в трубке «Мир» содержатся алмазы нескольких возрастных популяций, которые, вероятно, имеют различные начальные отношения изотопов Re. Сульфиды внутри отдельных алмазов трубки «Мир» показывают подобный разброс в возрастах TMA, независимо от наличия оптической зональности у алмаза-хозяина. Данные по изотопии для трубки «Мир» не отрицают недавнего роста алмаза, близкого по времени к внедрению кимберлита, из сульфидообразующих флюидов с сильно варьирующими начальными отношениями изотопа Os.

В отличие от описанных выше, сульфиды из алмазов трубки имени 23 съезда КПСС показывают гораздо более когерентную систематику Re-Os изотопии (рис. 4). Весь набор данных определяет возраст 878 ±78 млн. лет, но если исключить лишь одну точку, определенную для субмикронного сульфида, их возраст равен 898 ±48. Этот изохронный возраст не контролируется исключительно самой радиогенной точкой (исключение ее из расчета дает возраст образования 878 ± 420 млн.

ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ГЕОХИМИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ

лет), но влияет на ошибку. Начальное отношение изотопа 08 0,20 ± 0,06 является более радиогенным, чем в субконтинентальной литосферной мантии этого региона, и в пределах ошибки может соответствовать современным океаническим базальтам [7]. Подобные радиогенные первичные изотопные отношения 08 (0,25 ± 0,05) описаны для эклогитовых алмазов из трубок «Кимберли», «Венеция» и «Коффифонтейн» [1, 3, 8]. Эти радиогенные значения предполагают, что начало координат эклогитовых алмазов связано с переработанной океанической корой, которая к тому времени существовала уже достаточно долго, с образованием радиогенного 08 (> 50 млн. лет).

В дальнейшем авторами планируется более подробное обсуждение новых результатов по изотопии алмазов для трубки «Мир». Совокупности датировок будут обсуждаться с учетом типичного состояния агрегированности азота и изотопии углерода с тем, чтобы оценить возможность сохранения в отдельных кристаллах алмаза следов, доказывающих многократность этапов кристаллизации.

Исследования выполнены сотрудниками Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН совместно с факультетом наук о земле и жизни Университета Вриджа (Амстердам, Нидерланды), Отделением наук о земле Университета Дарема (Великобритания), Отделением наук о земле Бристольского Университета (Великобритания) в рамках Международного проекта НТИ-МИ № 0364/01/06 [9]. Работа поддержана грантом РФФИ № 07-05-00695а и Интеграционным проектом СО РАН №21.

Литература

1. Pearson D.G., Shirey S.B., Harris J.W., Carlson R.W. Sulphide inclusions in diamonds from the Koffi efontein kimberlite, S Africa. 1998: constraints on diamond ages and mantle Re-Os systematics // Earth and Planetary Science Letters, 160. Р. 311-326.

2. Pearson D.G. and Shirey, S.B. Isotopic dating of diamonds. In D. Lambert, and J. Ruiz, Eds. Economic Geological Special Publications, 1999, 12, P. 143-171.

3. Richardson S.H., Shirey S.B, Harris J.W., Carlson R.D. Archean subduction recorded by Re-Os isotopes in eclogitic sulphide inclusions in Kimberley diamonds. Earth and Plametary Scniences Letters 2001. 191. P. 257-266.

4. Pearson D.G., Shirey S.B., Bulanova G.P. et al. Dating diamonds using the Re-Os isotope technique: A study of sulphide inclusions in Siberian diamonds. International kimberlite conference, Cape Town, 1998a 7th, extended abstract, Cape Town. P. 661-663.

5. Pearson D.G., Bulanova G.P., Shirey S.B. et al. ReOs isotope constraints on the ages of Siberian diamonds. Journal of conference abstracts. 2000. 5. P. 776.

6. Pearson D.G., Shirey S.B., Bulanova G.P. et al. Dating and paragenetic distinction of diamonds using the Re-Os isotope system: application to some Siberian diamonds. Proceedings of the VII th International Kimberlite Conference, 1999. P. 637-643.

7. Escrig S., Capmans F., Dupre B. Allegre C.J. Osmium isotopic constraints on the nature of the DUPAL anomaly from Indian mid-ocean-ridge basalts. Nature 2004. 431, P. 59-63.

8. Richardson S. H, Shirey S.B. Continental mantle signature of Bushveld magmas and coeval diamonds. Nature, 2008. 453. P. 910-913.

9. Wiggers de Vries D.F., Davies G.R., Pearson D.G. et al. Comprehensive petrological and geochemical study of Yakutian diamonds focussing on Re-Os dating of multiple sulphides in single diamonds 9 International Kimberlite Conferense, 2008. Extended abstracts No. 9IKC-A-309. CD.