Эволюция верхней мантии в зонах современной субдукции: источники металлов, магматические сульфиды и рудоносные флюиды

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-17-00122

НазваниеЭволюция верхней мантии в зонах современной субдукции: источники металлов, магматические сульфиды и рудоносные флюиды

Руководитель Зеленский Михаил Евгеньевич, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-201 - Геохимия магматических процессов

Ключевые слова мантия, субдукция, редокс реакции, расплав, флюид, включения, ликвация, сульфид, хромит, никель, платина, золото

Код ГРНТИ38.33.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Исследования силикатно-сульфидной жидкостной несмесимости в океанических и островодужных магмах Камчатки, проведенные нашим коллективом в рамках проекта РНФ № 16-17-10145 (2016-2020) выявили составы и условия образования самых примитивных сульфидных расплавов в природе. Мы также обнаружили, что элементы платиновой группы (ЭПГ) не только распределяются в сульфидный расплав и сульфидный твердый раствор, но и образуют собственные минеральные фазы и сплавы, как в сульфидном, так и в силикатном расплавах. Наиболее парадоксальный результат нашего предыдущего исследования заключается в том, что сульфидные жидкости океанических магм (офиолит Камчатского Мыса) и типичных островодужных магм (вулкан Толбачик) не имеют принципиальных отличий ни в составе главных компонентов (Fe, Ni, Cu), ни в концентрациях элементов примесей, включая благородные металлы. Поэтому мы выдвигаем на конкурс РНФ проект, целями которого является дальнейшее выяснение факторов, ответственных за сульфидную ликвацию и геохимическую специфику сульфидного расплава. Мы планируем получить принципиально новые результаты по актуальной петролого-геохимической проблеме взаимодействия субдукционных расплавов и флюидов с надсубдукционным мантийным клином. Это важно потому, что такое взаимодействие не только понижает температуру солидуса перидотита и вызывает частичное плавление, но также вызывает перитектические реакции новообразованных расплавов с остаточными фазами, формированию новых минеральных ассоциаций, существенному перераспределению летучих и рудных элементов, и проявлению эффектов редокс-реакций в виде силикатно-сульфидной несмесимости и концентрированию хрома, никеля, меди и элементов платиновой группы. Мы предлагаем провести исследование, которому пока нет аналогов в геологической науке, потому что породы в наших коллекциях представляют весь разрез магматичской системы: от астеносферной мантии (источник океанических рифтогенных базальтов), метасоматизированного мантийного клина, базальтовых пород, минералов и расплавных включений до ультрамафических кумулятов с хромититами и минерализацией ЭПГ. Уникальность имеющейся коллекции в том, что мы можем наблюдать последовательность реакций мантийного клина с флюидами и расплавами субдукционного происхождения. В частности, использование имеющихся и новых, собранных в экспедициях на вулканы Камчатки мантийных ксенолитов, позволит изучить особенности мантийного метасоматоза, связанные с воздействием флюидов, поступающих из погружаемого слэба. Будут проведены петрографические и минералогические исследования, которые позволят выявить основные стадии модификации мантийного клина, проследить распределение рудных элементов (Cr, Ni, Cu, Fe) среди силикатных минеральных фаз с одной стороны и сульфидов и оксидов с другой. Также будут получены новые данные о форме нахождения серы (S2−, S0, S4+и S6+) в мантийном клине, установлены ее основные минеральные фазы (сульфиды, сульфаты) и показана их петрографическая позиция. Дополнительно, с использованием результатов планируемых экспериментальных работ будут получены оценки окислительно-восстановительного потенциала модифицирующих мантию реакций. Также на основании изотопного состава будут сделаны выводы о возможных источниках серы. Таким образом, особой темой исследований станет изучение источника хрома в мантийных перидотитах и его поведение в ходе метасоматического преобразования пород мантии. Мы планируем (а) изучение распределения хрома в наименее измененных образцах мантийных перидотитов (идентификация главных минералов-концентраторов хрома), (б) оценку состава флюида, который приводил к преобразованию мантийного клина в зонах субдукции и роль серы в формировании сульфидной минерализации в ассоциации с новообразованным хромитом; (в) определение окислительно-восстановительных условий данного процесса; (г) определение стадий перераспределения хрома, которые приводят к формированию крупных кристаллов хромита (от тонких ламелей до крупных кристаллов); (д) изучение особенностей перераспределения и концентрирования элементов платиновой группы в метасоматической ассоциации хромитов и сульфидов в мантийном перидотите. Участники проекта в лице руководителя М.Е. Зеленского и основного исполнителя В.С. Каменецкого обеспечат эффективный образовательный процесс для молодых исполнителей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кутырев А.В., Зеленский М.Е., Некрылов Д.А., Савельев Д.П., Каменецкий В.С. Источники и фракционирование элементов платиновой группы и золота в островодужных магмах на примере вулкана Толбачик Уральская минералогическая школа, Уральская минералогическая школа. 2021. № 27. С. 64-66. (год публикации - 2021)

2. Кутырев А., Зеленский М., Некрылов Н., Савельев Д., Контоникас-Чарос А., Каменецкий В.С. Noble metals in arc basaltic magmas worldwide: a case study of modern and pre-historic lavas of the Tolbachik volcano Frontiers in Earth Science, Kutyrev A, Zelenski M, Nekrylov N, Savelyev D, Kontonikas-Charos A and Kamenetsky VS (2021) Noble Metals in Arc Basaltic Magmas Worldwide: A Case Study of Modern and Pre- Historic Lavas of the Tolbachik Volcano, Kamchatka. Front. Earth Sci. 9:791465. (год публикации - 2021)
10.3389/feart.2021.791465

3. Кутырев А.В., Каменецкий В.С., Некрылов Н.А. Силикатные включения в минералах системы Os–Ir–Ru россыпи Адамсфилд (Западная Тасмания) Новые данные о минералах, Новые данные о минералах, том 55, вып. 1 (2021), 5–13 (год публикации - 2021)
10.25993/FM.2023.55.2021.001

4. Зеленский М., Плясунов А.В., Каменецкий В.С., Некрылов Н., Матвеев Д., Корнеева А. High-temperature water–olivine interaction and hydrogen liberation in the subarc mantle Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 177, issue 4, paper #47 (год публикации - 2022)
10.1007/s00410-022-01910-z

5. Зеленский, М., Каменецкий, В.С., Некрылов, Н., Контоникас-Чарос, А. High Sulfur in Primitive Arc Magmas, Its Origin and Implications Minerals, v. 12, issue 1, paper #37 (год публикации - 2022)
10.3390/min12010037

6. Некрылов Н., Каменецкий В.С., Савельев Д.П., Горбач Н.В., Контоникас-Чарос А., Палесский С.В., Щербаков В.Д., Кутырев А.В., Савельева О.Л., Корнеева А.А., Козьменко О.А., Зеленский М.Е. Platinum-group elements in Late Quaternary high-Mg basalts of eastern Kamchatka: Evidence for minor cryptic sulfide fractionation in primitive arc magmas Lithos, v. 412-313, paper #106608 (год публикации - 2022)
10.1016/j.lithos.2022.106608

7. Корнеева А., Каменецкий В.С., Некрылов Н., Контоникас-Чарос А., Каменецкий М., Савельев Д., Зеленский М., Крашенинников С. A melt inclusion approach to reconstructing sulfur contents and sulfide saturation of primitive basaltic melts Lithos, v. 436-437, paper #106956 (год публикации - 2023)
10.1016/j.lithos.2022.106956

8. Чайка И.Ф., Байков Н.И., Каменецкий В.С., Кутырев А.В., Пушкарев Е.В., Аберштайнер А., Щербаков В.Д. Volcano-Plutonic Complex of the Tumrok Range (Eastern Kamchatka): An Example of the Ural-Alaskan Type Intrusion and Related Volcanic Series Minerals, v. 13 (1), paper #126, 30 pages (год публикации - 2023)
10.3390/min13010126

9. Чайка И.Ф., Каменецкий В.С., Малич К.Н., Васильев Ю.Р., Зеленский М.Е., Аберштейнер А.Б., Кузьмин И.А. Behavior of critical metals in cumulates of alkaline ultramafic magmas in the Siberian large igneous province: Insights from melt inclusions in minerals Ore Geology Reviews, v. 160, paper# 105577 (год публикации - 2023)
10.1016/j.oregeorev.2023.105577

10. Зеленский М., Каменецкий В.С., Некрылов Н., Чайка И.Ф., Щербаков В.Д., Контоникас-Чарос А., Покровский Б.Г., Корнеева А.А. Sulfide-sulfate metasomatism and nickel release in the suprasubduction mantle Earth and Planetary Science Letters, 626 (2024) 118500 (год публикации - 2024)
10.1016/j.epsl.2023.118500

11. Зеленский М.Е., Каменецкий В.С., Корнеева А.А., Чайка И.Ф., Некрылов Н.А., Новикова А.С. Никелевая минерализация ультраосновных ксенолитов вулкана Шивелуч, Камчатка Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, т. 20 С. 553–562. (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.069

12. Каменецкий В.С., Каргин А.В., Зеленский М.Е., Кузьмин И.А., Белоусов А.Б. Минеральные формы серы в мантийном источнике и примитивных магмах Ключевской группы вулканов Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, т. 20 С. 121-128 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.013

13. Кузьмин И.А., Тарасов А.А., Кутырев А.В., Чайка И.Ф., Каменецкий В.С., Зеленский М.Е. Реконструкция преобразований оливина в дунитах концентрически-зонального комплекса Матыскен, Коряское Нагорье Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, том 20. С. 134–143 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.015

14. Кутырев А.В., Каменецкий В.С., Чайка И.Ф., Некрылов Н.А., Сапегина А.В., Крючкова Л.Ю., Шиловских В.В., Крашенинников С.П., Перчук А.Л. Многофазные включения в самородном осмии (россыпь Адамсфилд, Тасмания) Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, т. 20. с. 144–150 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.016

15. Новикова А.С., Каменецкий В.С., Савостин Г.Г., Щербаков В.Д., Зеленский М.Е. Составы и морфологические особенности шпинелидов в ксенолите лерцолита (вулкан Чиринкотан) Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, Т. 20. С. 423–433 (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.054

16. Чайка И.Ф., Каменецкий В.С., Владыкин Н.В., Васильев Ю.Р., Малич К.Н., Зеленский М.Е. Использование расплавных и многофазных включений в минералах для исследования интрузивных пород (на примере карбонатитов и ультрамафитов Маймеча-Котуйской провинции) Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН, т. 20. С. 639-650. (год публикации - 2023)
10.31241/FNS.2023.20.081

17. Аберштайнер, А., Каменецкий, В.С., Гёманн, К., Головин, А., Каменецкий, М. Olivine in Kimberlites: Magma evolution from deep mantle to eruption Journal of Petrology, v. 64, issue 7, article #egac055, 32 pages (год публикации - 2022)
10.1093/petrology/egac055

Публикации