КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 20-77-10018

НазваниеРеконструкция этапов образования и эволюции литосферной мантии и нижней коры Aрктических территорий Восточно-Европейской платформы: выявление связи с алмазоносностью региона.

РуководительАгашева Елена Владимировна, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Срок выполнения при поддержке РНФ 07.2020 - 06.2023 

КонкурсКонкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-108 - Петрология магматических пород

Ключевые словалитосферная мантия, алмазоносность, Восточно-Европейская платформа, кимберлит, ксенолит, мантийный метасоматоз, циркон, изотопные исследования

Код ГРНТИ38.37.19


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
На Арктических территориях Восточно-Европейской платформы, в частности в пределах Архангельской области, к настоящему времени открыты и разрабатываются два крупнейших в Европе месторождений алмазов, им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба. Со времени открытия на территории этого региона последней высокоалмазоносной кимберлитовой трубки им. В. Гриба в 1996 году прошло 24 года, и за этот период не было обнаружено ни одного нового алмазоносного магматического объекта, несмотря на то, что поисково-разведочные работы на алмазы в этом регионе ведутся несколькими крупными геологическими компаниями. Одной из причин безуспешной реализации геолого-разведочных работы на алмазы можно считать отсутствие полноценной и разносторонней информации о составе и строении литосферной мантии и нижней коры в районе кимберлитовых трубок различной алмазоносности. Это приводит к тому, что поисковые работы ведутся на изначально бесперспективных территориях, выбранных без учета особенностей состава и строения прежде всего литосферной мантии на момент потенциального кимберлитового магматизма. Целью настоящего проекта является реконструкция состава, строения и эволюции литосферной мантии и нижней коры северных территорий Восточно-Европейской платформы, в частности в пределах Архангельской алмазоносной провинции, как по вертикали под изучаемыми кимберлитовыми объектами, так и по латерали с построением общего разреза для провинции. В качестве объектов исследования будут использованы ксенолиты мантийных (перидотиты, мантийные пироксениты, мегакристы) и нижнекоровых пород (гранулиты, нижнекоровые пироксениты), а также ксенокристы мантийного (хромдиопсид, пироп, пикроильменит, хромшпинелид) и нижнекорового (циркон) происхождения, отобранные из кимберлитовых трубок с различной алмазоносностью, от неалмазоносных и убогоалмазоносных трубок Кепинского и Ижмозерского полей до высокоалмазоносных трубок месторождений им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба. Успешная реализация проекта позволит 1) определить типы и этапы тектоно-термальных событий и метасоматического обогащения в литосферной мантии и выявить связь этих событий с алмазоносным потенциалом литосферной мантии на момент кимберлитового магматизма, 2) определить возраст тектоно-термальных событий в нижней коре и выявить связь этих событий с основными этапами образования и преобразования литосферной мантии и 3) создать схему состава, строения и этапов преобразований литосферной мантии и нижней коры по латерали в районах магматических объектов Ижмозерского (неалмазоносные), Кепинского (убогоалмазоносные), Золотицкого и Верхотиноского (высокоалмазоносные) полей общей протяженностью около 120 км и на основании полученной информации выявить перспективные и бесперспективные участки в плане геолого-разведочных работы на алмазы. Выявление причинно-следственной связи между особенностями строения литосферной мантии, нижней коры, взаимодействием кора-мантия (которое играет критическую роль в тектонической эволюции кратонов) и алмазоносностью кимберлитовых трубок позволит положительно повлиять на успех открытий новых месторождений алмазов на Арктических территориях Архангельской области, что в свою очередь может внести свой вклад в освоение богатых природных ресурсов Арктического макрорегиона.

Ожидаемые результаты
Успешная реализация настоящего проекта позволит получить новые комплексные данные по составу, строению и эволюции литосферной мантии и нижней коры Арктических территорий Восточно-Европейской платформы, в частности в пределах Архангельской алмазоносной провинции (далее ААП), и установить причинно-следственные связи с проявлением кимберлитового магматизма в регионе и его алмазным потенциалом. Впервые для мантийных перидотитов, являющихся преобладающим типом пород, участвующих в строении литосферной мантии в районе кимберлитовых объектов ААП, будут получены данные по изотопному составу Re и Os и по концентрациям элементов группы платины в оливинах, что позволит рассчитать модельные возраста истощения Re (TRD) на момент кимберлитового магматизма, выявить этапы образования перидотитов в литосферной мантии и установить связь с процессами частичного плавления и рефертилизации этих пород. Будут получены результаты комплексного минералого-геохимического и Rb-Sr и Sm-Nd изотопного исследования 25 образцов мантийных пироксенитов из кимберлитовой трубки им. В. Гриба, результаты которого позволят зафиксировать многостадийность процессов модификации кратонной литосферной мантии, определить типы расплавов, воздействующих на слагающие ее породы, выявить источники этих расплавов, оценить результаты реакций мантийный расплав-перидотит и определить последовательность проявления этих событий. Будут получены результаты комплексного минералого-геохимического изучения около 300 зерен минералов мегакристной ассоциации (гранат, пироксен, флогопит, пикроильменит) из кимберлитовой трубки им. В. Гриба, что позволит определить природу происхождения каждого типа минерала и выявить группы минералов, образование которых может быть связано с влиянием протокимберлитового расплава, кимберлитового расплава или не связанного с кимберлитовым расплавом метасоматоза. Будет проведен комплексный минералогический анализ для представительного количества зерен мантийных ксенокристов из высокоалмазоносных трубок им. В. Гриба Верхотинского поля (3000 зерен) и месторождения им. М.В. Ломоносова Золотицкого поля (1000-2000 зерен), убогоалмазоносных и неалмазоносных трубок Кепинского и Ижмозерского полей (3000-4000 зерен), что позволит определить типы пород, участвующих в строении литосферной мантии в районе изучаемых объектов, выявить термальные режимы литосферной мантии, установить глубину нижней граница литосферной мантии и мощность "алмазного окна". Для гранатов и хромдиопсидов будут определены концентрации редких элементов методом масс-спектрометрии с лазерной абляцией in situ, рассчитаны равновесные расплавы, выявлена природа образования минералов (реститовые или метасоматические). Результаты комплексного изучения мантийных образцов позволят создать схемы строения литосферной мантии в районе изучаемых объектов и выявить причины различия алмазоносности кимберлитов. Впервые для региона будут получены данные по концентрациям редких элементов и U-Pb и Lu-Hf изотопам для представительного количества зерен ксенокристов цирконов из кимберлитовых трубок различной алмазоносности: высокоалмазоносных трубок месторождений им. В. Гриба (минимум 150-200 зерен) и им. М.В. Ломоносова (минимум 100 зерен), убогоалмазоносных и неалмазоносных трубок Кепинского и Ижмозерского полей (минимум по 100 зерен из каждой трубки), что позволит определить основные этапы тектоно-термальных событий в нижней коре и выявить корреляции с тектоно-термальными событиями в литосферной мантии в районе изучаемых объектов. В рамках проекта будут также получены результаты комплексного минералого-геохимического и изотопного исследования представительного количества образцов нижнекоровых гранулитов и пироксенитов из кимберлитовой трубки им. В. Гриба (минимум 20 образцов) и трубок месторождения им. М.В. Ломоносова (Архангельская, Ломоносовская, Карпинского-1 и Карпинского-2, минимум 20 образцов), которые позволят выяснить этапы образования и эволюции нижней коры в регионе. Полученные в ходе реализации проекта данные будут использованы для создания обобщенной схемы строения литосферной мантии и нижней коры по латерали в районах магматических объектов разной степени алмазоносности, Ижмозерского (неалмазоносные), Кепинского (убогоалмазоносные), Золотицкого и Верхотиноского (высокоалмазоносные) полей общей протяженностью около 120 км. Полученная информация будет использована для выявления причинно-следственной связи между особенностями строения литосферной мантии и нижней коры и алмазоносностью кимберлитовых трубок и выделению перспективных и бесперспективных участков в плане геолого-разведочных работы на алмазы.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Результаты определения элементов группы платины (ЭПГ) и изотопного состава Re и Os для оливинов из 17 образцов гранатовых перидотитов из кимберлитовой трубки им. В. Гриба позволили выделить несколько этапов истощения в литосферной мантии, от мезоархея до неопротерозоя (3.28, 2.5-2.2, 1.9, 1.6, 1.2 и 0.72 млрд лет). Установлено, что изучаемый участок литосферной мантии подвергся интенсивным изменениям в результате воздействия процессов палеопротерозойского рифтогенеза и Лапланд-Кольской орогенной активности. Тем не менее, наличие деплетированных перидотитов мезоархейского возраста свидетельствует о том, что последствия тектонических процессов полностью не уничтожили архейскую литосферную мантию в данном регионе. Сопоставление этих данных с полученными ранее для образцов субдукционных эклогитов и нижнекоровых гранулитов из кимберлитовой трубки им. В. Гриба, а также для магматических и метаморфических объектов, расположенных в пределах Балтийского щита, позволяет выделить несколько этапов эволюции изучаемых участков литосферной мантии и нижней коры: 1 – образование деплетированных перидотитов в литсоферной мантии в мезоархее; 2 – происходит образование крупнозернистых эклогитов в литосферной мантии в результате субдукции пород океанической коры, образование гранулитов и гнейсов нижней коры в неоархее , что соответствует времени формирования Беломорского аккреционно-коллизионного орогена и подвижного пояса Лапланд-Колвица и беломорской эклогитовой провинции (БЭП) в пределах Балтийского щита; 3 – этап палеопротерозойской (2.5-2.2 млрд лет) тектонической активности, интенсивные изменения литосферной мантии; 4 – этап палеопротерозойской субдукции (1.9-1.8 млрд лет), образование циркон содержащих мелкозернистых эквигранулярных эклогитов в средней части разреза литосферной мантии (120-150 км), интенсивная переработка пород нижней коры и проработка пород литосферной мантии; 5 – этап мезо- неопротерозойской термальной активности, зафиксированный в мантийных деплетированных и субдукционных породах, а также в зернах цирконов из нижнекоровых пород. Установлена гетерогенность распределения воды в породах литосферной мантии в районе кимберлитовой трубки им. В. Гриба. Участки литосферной мантии, сложенные гранатовыми пироксенитами наиболее обогащены водой (200-350 ppm). Концентрации воды уменьшаются при переходе в участки, представленные вебстеритами (110-170 ppm), флогопит-гранатовыми лерцолитами (16-135 ppm) и гранатовыми лерцолитами (22-61 ppm). Вхождение воды в минералы перидотитов сопряжено с этапами формирования мантийных пироксенитов, с ассоциирующим процессом метасоматического обогащения перидотитов, и последующими процессами переуравновешивания воды в литосферной мантии между обогащенными и обедненными водой слоями. Несмотря на то, что слои пироксенитов наиболее обогащены водой, достоверно неизвестно насколько этот тип пород распространен в опробуемом участке литосферной мантии (от 4 до 20 % по разным оценкам), поэтому наибольшее количество воды в литосферной мантии перераспределено в небольших количествах между оливинами перидотитов, которые являются наиболее распространенным (от 38 до 68 % по разным оценкам) типом пород в литосферной мантии в районе трубки им. В. Гриба. Результаты изучения содержания воды в крупнозернистых высоко- и низкомагниевых эклогитах, показали, что большая часть воды (от 39 до 247 ppm) концентрируется в омфацитах. Установлено, что вхождение воды в структуру омфацита может быть связано с вакансиями в позиции M2, AlIV и с элементами в позиции M2, в основном с Ca и Na. Установлено, что наибольшие концентрации воды содержатся в омфаците эклогитов, которые не были затронуты процессами мантийного метасоматоза, и в условиях литосферной мантии омфациты субдукционных эклогитов теряют воду, а не водонасыщаются. Выявлено, что основные порции воды поступают в деплетированные породы литосферной мантии при процессах субдукции и мантийного метасоматоза, и перераспределяются между обогащенными и обедненными водой слоями. Детальное минералого-геохимическое изучения песчаников из недавно обнаруженной трубки KL-01, расположенной на юге Архангельской алмазоносной провинции (ААП), и образцов, отобранных из кратерных и диатремовых частей высоко-, слабо- и не алмазоносных магматических объектов ААП, позволили разработать метод оценки типа и количества магматического материала в осадочных породах при поисково-разведочных работах на алмазы. Установлено, что использование данных по концентрациям Ni и значениям отношений Zr/Nb и La/Yb в песчаниках может быть использовано для их отличия от вмещающих и перекрывающих пород, а также для определения типа примеси магматического материала. Использование методики позволило определить тип магматического материала в породах трубки KL-01 как кимберлитовую в количестве примеси 20 %. Интерпретация данных по содержанию главных и редких элементов в минералах-индикаторах кимберлита, извлеченных из песчаников, не исключает, что состав, строение, метасоматические преобразования и термальный режим опробуемой литосферной мантии были пригодны для образования и сохранения алмазов. Нижняя граница литосферной мантии могла находиться в интервале глубин 175-190 км, а мощность «алмазного окна» - 55-70 км. Исследуемые песчаники интерпретированы как породы кратерной части новой кимберлитовой трубки, алмазоносность которой не исключается. Результаты изучения минералов-индикаторов кимберлита из кимберлитовой трубки Цнигри-Архангельская, расположенной в Кепинском поле, позволили установить причины её слабой алмазоносности. Установлено наличие разнообразных типов пород (лерцолиты, деформированные лерцолиты, пироксениты, гарбургиты, эклогиты, верлиты, мегакристная ассоциация), участвующих в строении опробуемой литосферной мантии, характерных для таковой в районах алмазоносных объектов ААП. Интерпретация данных по геохимии пиропов также показала наличие всех геохимических типов пиропов (деплетированные, метасоматически обогащенные и равновесные с высокотемпературными силикатными и низкотемпературными карбонатитовыми расплавами). Тем не менее, составы пиропов свидетельствует о том, что в строении литосферной мантии практически не сохранились участки, представленные деплетированными породами высоких степеней частичного плавления, и масштабные процессы рефертилизации затронули породы по всему разрезу литосферной мантии. Расчеты параметра Т для пиропов показали, что на момент захвата кимберлитом 90 % пиропов находились при температурах > 1100 °С. Такие высокие значения не сопоставимы с ранее полученными данными для трубок месторождении им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба. Значения теплового потока изученного участка литосферной мантии могут быть оценены как 40-45 мВ/м2, что гораздо выше, чем для трубок месторождении им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба, а мощность «алмазного окна» могла быть меньше минимум на 30 км, чем для трубок месторождении им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба. Таким образом, условия, при которых находились породы в литосферной мантии были неблагоприятные для образования и сохранения алмазов. Интерпретация составов пиропов из концентрата минералов тяжелой фракции из кимберлитовой трубки им. В. Гриба показало, что гранат содержащие пироксениты могли являться достаточно широко распространенным типом породы, участвующем в строении литосферной мантии. Расчетные значения Р-Т параметров для различных типов пироксенитов указывают на то, что эти породы находились в равновесии с сосуществующими гранатовыми перидотитами по всему разрезу литосферной мантии. Составы породообразующих минералов большинства пироксенитов и перидотитов идентичны. Установлено, что образование в перидотитах пиропов и хромдиопсидов, равновесных с высокотемпературными силикатными расплавами ассоциировалось с процессами образования пироксенитов. Особенности геохимии пиропов и хромдиопсидов в пироксенитах свидетельствует о минимум трех этапах образования этих пород в литосферной мантии.

 

Публикации

1. - Российский научный фонд выделил 15 миллионов рублей на поиск алмазов в Арктике Правда Севера, - (год публикации - ).

2. - Российский научный фонд выделил 15 миллионов рублей на поиск алмазов в Арктике Dvinanews, - (год публикации - ).

3. - Российский научный фонд поддержал проект по поиску алмазов в Архангельской области Регион 29, - (год публикации - ).

4. - 15 миллионов на поиски алмазов Алмазы Поморья, "Алмазы Поморья", № 31, сентябрь 2020 года, стр. 2 (год публикации - ).

5. - Российский научный фонд профинансировал поиск алмазов в Арктике Газета "Деловой Петербург", - (год публикации - ).

6. - Российский научный фонд поддержал исследования по поиску алмазов в Арктике Новости Сибирской Науки, - (год публикации - ).

7. - Исследование алмазного потенциала Архангельской области позволит продолжить добычу алмазов в регионе РНФ новости, - (год публикации - ).

8. Агашева Е.В. Magmatic Material in Sandstone Shows Prospects for New Diamond Deposits within the Northern East European Platform. Minerals, 11, 339 (год публикации - 2021).

9. Агашева Е.В., Агашев А.М., Щукин В.С. ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА МАГМАТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В ПЕСЧАНИКАХ КРАТЕРНОЙ ЧАСТИ ТРУБОК ВЗРЫВА АРХАНГЕЛЬСКОЙ АЛМАЗОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗА, ПОИСКОВ, ОЦЕНКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АЛМАЗОВ, БЛАГОРОДНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ X Международная научно-практическая конференция (13–16 апреля 2021 г., Москва, ФГБУ «ЦНИГРИ»), - (год публикации - 2021).

10. Елена В. Агашева, Мария В. Колесниченко, Елена В. Малыгина, Алексей М. Агашев, Дмитрий А. Зедгенизов Origin of water in mantle eclogites from the V. Grib kimberlite pipe, NW Russia Lithosphere, - (год публикации - 2021).