MINERAL COMPOSITION AND PT PARAMETERS OF CRYSTALLIZATION OF MANTLE ROCKS UNDER KIMBERLITE FIELDS OF THE ANABAR REGION

The composition of barophilic minerals from mantle xenoliths and Cpx from concentrates of the Kuranakh, Luchakan, Dyuken, and Ary-Mastakh fields of the Anabar region has been studied. Under these fields, the lithospheric mantle compositions vary significantly. The PT parameters of crystallization were calculated using the composition of clinopyroxenes from xenoliths and heavy fraction of kimberlites. The lithospheric mantle rocks under the northern fields have higher values of Mg# of minerals and calculated mantle geotherm (35–48 mW/m2) compared to the parameters for the southern diamond fields. The pipes from the southwestern part of the Ary-Mastakh field are promising for the diamond potential, presenting Grt-bearing lherzolites and harzburgites with a high content of Cr2O3 (to 8.5 wt. %)

XENOLITH GARNETS FROM MIR KIMBERLITE PIPE: CHEMICAL COMPOSITION AND EVIDENCE OF METASOMATIC PROCESSES IN THE LITHOSPHERE MANTLE

This paper reports the results on the composition of lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field. The authors investigated 57 samples of the mantle xenoliths collected from the Mir pipe. The samples were represented by peridotites (Grt lherzolites) and pyroxenites (Grt websterite, Grt clinopyroxenite and eclogite). The composition of minerals (garnet, clinopyroxene) and various rocks in the lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field were analyzed based on petrographic features and chemical data. Besides, PT conditions of rock crystallization were calculated using different geothermobarometers. Garnets from peridotites and websterites show relatively high Mg# (75–83) and low TiO2 contents (up to 0.2 wt. %). Since the eclogite has high-Ca (3.78–9.46 wt. %) and high-Fe (7.77–17.20 wt. %) garnet composition, it lies in the area of wehrlite paragenesis. In general, garnets from the lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field have low-Ti garnet composition (up to 0.7 wt. %). Thus, the lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field differs from the lithosphere mantle under other diamondiferous fields in a widespread development of eclogite and pyroxenite (up to 50 %), low-Ti composition of rocks, as well as virtual absence of deformed lherzolites. These signs probably indicate minor alteration of silicate metasomatism in the lithospheric mantle under the Mirny field (in contrast to the center of the Siberian craton)

Retention of radiation damage in zircon xenocrysts from kimberlites, Northern Yakutia

We have studied zircon xenocrysts from Mesozoic kimberlites from the Kuoika and Ary–Mastakh fields in Northern Yakutia. Zircon xenocrysts are assumed to originate from crustal rocks. Our SHRIMP (Sensitive High mass Resolution Ion MicroProbe) analyses yielded predominantly concordant U–Th–Pb ages (up to ~ 3570 Ma; Paleoarchean) that clearly predate kimberlite formation. The general U–Th–Pb concordance observed excludes notable disturbance of the zircon xenocrysts U–Th–Pb isotope system during kimberlite ascent and emplacement. In addition, zircon xenocrysts were found to be significantly more radiation-damaged than would correspond to damage accumulation only since the time of kimberlite formation. This observation first indicates that zircon crystals were sampled by the kimberlite magma at comparably shallow depths not exceeding 10–12 km. If, in contrast, zircon crystals originated from deeper levels of the Earth's crust, they would have been exposed to temperatures of 250–300 °C or more. This in turn would have caused long-term thermal annealing of the radiation damage, which was however not observed in our study. Second, our observation contradicts the hypothesis that high temperatures experienced by zircon xenocrysts during kimberlite ascent will cause notable structural reconstitution by short-term thermal annealing. Consequently, zircon crystals cannot have spent more than a few hours at temperatures exceeding ca. 700–800 °C, or more than a few days at temperatures exceeding ca. 500–600 °C. This in turn suggests that (i) temperatures of the ascending kimberlite magmas were rather moderate, and (ii) kimberlite ascent is a comparably short process followed by rapid cooling

МЕТАСОМАТИЧЕСКИЕ И МАГМАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАНТИЙНОЙ ЛИТОСФЕРЕ БИРЕКТИНСКОГО ТЕРРЕЙНА СИБИРСКОГО КРАТОНА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭВОЛЮЦИЮ ЛИТОСФЕРЫ

The area of studies covers the north-eastern part of the Siberian craton (the Birekte terrain), Russia. The influence of metasomatic and magmatic processes on the mantle lithosphere is studied based on results of analyses of phlogopite- and phlogopite-amphibole-containing deep-seated xenoliths from kimberlites of the Kuoika field. In the kimberlitic pipes, deep-seated xenoliths with mantle phlogopite- and phlogopite-amphibole mineralization are developed in two genetically different rock series: magnesian (Mg) pyroxenite-peridotite series (with magnesian composition of rocks and minerals) and phlogopite-ilmenite (Phl-Ilm) hyperbasite series (with ferrous types of rocks and minerals). This paper is focused on issues of petrography and mineralogy of the xenoliths and describes the evidence of metasomatic / magmatic genesis of phlogopite and amphibole. We report here the first data set of 40Ar/39Ar age determinations for phlogopite from the rocks of the magnesian pyroxenite-peridotite series and the ferrous Phl-Ilm hyperbasite series.The Mg series is represented by a continuous transition of rocks from Sp, Sp-Grt, Grt clinopyroxenite and ortopyroxenite to websterite and lherzolite. Many researchers consider it as a layered intrusion in the mantle [Ukhanov et al., 1988; Solov’eva et al., 1994]. The mantle metasomatic phlogopite and amphibole are revealed in all petrographic types of the rocks in this series and compose transverse veins and irregular patchs at grain boundaries of primary minerals. At contacts of xenolith and its host kimberlite, grains of phlogopite and amphibole are often cut off, which gives an evidence of the development of metasomatic phlogopite-amphibole mineralization in the rocks before its’ entraiment into the kimberlite. In the xenoliths with exsolution pyroxene megacrystalls, comprising parallel plates of clino- and orthopyroxene ± garnet ± spinel (former high-temperature pigeonite [Solov’eva et al., 1994]), the metasomatic phlogopite-amphibole aggregate mainly replace laminar intergrowths of one of pyroxenes and garnet and also develops in the re-crystallized fine-grained rock matrix. This suggests a considerable period of time between the crystallization of rocks of the pyroxenite-peridotite series and the development of phlogopite-amphibole metasomatism.The Phl-Ilm hyperbasites comprise a complex association of parageneses represented by garnet- and garnetless pyroxenites, websterites, olivine websterites, orthopyroxenites, lherzolites and olivinites. A specific feature of this series is high contents of K, Ti and Fe in the rocks and minerals. The content of phlogopite is widely variable, from a few percent to 40–80 %. The content of ilmenite ranges from a few percent to 15 %, rarely to 30–40 %. Mica and ilmenite contents sharply decrease in garnetized xenolithes, where these two minerals, as soon as olivine and pyroxenes are replaced by garnet.Euhedral, subhedral, sideronitic and porphyraceous structures in garnetless xenoliths suggest the primary magmatic genesis of the rocks. In the series of Phl-Ilm hyperbasites, a special type of parageneses is represented by strongly deformed phlogopite-amphibole rocks with newly-formed chromite and relict resorbed ilmenite and clinopyroxene. Phl-Ilm rock series is also characterized by a variety of autometasomatic and metasomatic reaction structures. Garnet and phlogopite develop nearly simultaneously at the sub-solidus stage: garnet develops due to cooling of the primary magmatic rocks, and phlogopite develops under the influence of residual rich in potassium and volatiles fluids – melts. Phlogopite in the rocks of the Phl-Ilm series form porphyraceous plates, late intergranular xenomorphic grains, porphyroblasts of the solidus stage and strongly deformed irregular plates in the phlogopite-amphibole rocks. Amphibole occurs in garnetless parageneses and deformed phlogopite-amphibole rocks in amounts of a few percent and up to 40–50%, respectively. Petrographically, the differentiated series of phlogopite-ilmenite hyperbasites belongs to mantle magmatites, except for younger deformed phlogopite-amphibole rocks from zones of deep faults.Unlike corresponding minerals in the Mg pyroxenite-peridotite series, minerals from the Phl-Ilm hyperbasites are characterized by lower magnesium index (Mg#), considerably higher contents of TiO2 and FeO, and lower contents of Cr2O3 (Table). In diagrams Mg# – TiO2 and Mg# – Cr2O3, metasomatic phlogopite points from Mg series rocks are significantly distant from points of mica from the phlogopite-ilmenite parageneses (Fig. 24). In the parageneses of the Mg pyroxenite-peridotite series, phlogopite plates have homogenous compositions in contrast to zonal phlogopite in the Phl-Ilm hyperbasites. In Phl-Amph metasomatites of the Mg series, amphibole is represented by typical pargasite, and its chemical composition is sharply different from that of K-richterite from the deformed phlogopite-amphibole rocks of the series of the Phl-Ilm hyperbasites (Table).The 40Ar/39Ar age in the range from 1640 to 1800 Ma (Fig. 25) is determined for phlogopite from the metasomatic phlogopite-amphibole veinlets and intergranular reaction patches in the garnet olivine websterite of the Mg series. For mica from the garnetless Phl-Ilm websterites, ages are 869 and 851 Ma (Fig. 25). Mica from the garnet-containing Phl-Ilm lherzolites is much younger (608 and 495 Ma). The age of mica from the deformed phlogopite-amphibole rock is 167 Ma, which is close to the age of kimberlites of the Kuoika field.Metasomatic phlogopite (1640–1800 Ma) originated somewhat later than the Birekte terrain accretion to the Siberian craton (1.8–1.9 Ga) [Rosen, 2003], and its age determination may be explained by a partial loss of 40Ar in the analysed medium. This age is also close to the late episode when the crust was formed in the Birekte block 1.8–2.1 Ga ago [Nasdala et al., 2014], and corresponds to the time when radiogenic osmium was supplied into the mantle lithosphere from the subduction zone (1.7–2.2 Ga, according to [Pernet et al., 2015]). In analyses of minerals in the pyroxenite-peridotite series from the Obnazhennaya pipe, data on the oxygen isotope geochemistry give evidence of an ancient subduction component (Fig. 26). It can be thus assumed that in the mantle lithosphere of the Birekte terrain, phlogopite-amphibole metasomatism took place due to fluids-melts ascending from the subduction zone about 1.8 Ga ago and correlates to the accretion of this block to the Siberian craton. The complex magmatic series of Phl-Ilm rocks formed later than the Mg pyroxenite-peridotite series. The more ancient ages of phlogopite (869–851 Ma) from PhlIlm hyperbasites are somewhat higher than the most ancient dating of alkaline ultrabasic-carbonatite Tomtor massif (800 Ga, according to [Entin et al., 1990]) and the time when the breakup of Rodinia began (825 Ga, according to [Li et al., 2008]). The difference may be explained by an advance occurrence of high-potassium, titanian, ferrous magmatites in the mantle lithosphere of the Birekte block as compared to their appearance on the surface. Phlogopite from xenoliths with subsolidus garnetization is significantly younger in age (500–600 Ma), may be, due to a loss of radiogenic argon caused by mica replacement. H2O, K, Ba, F and Cl were abundantly released during the replacement and supplied into the upper layers of the crust and mantle. The mantle high-potassium and high titanian Phl-Ilm series seems comagmatic with the surficial potassium ultramafites and mafites of the Siberian Platform and associated with the earlier episode of the Rodinia breakup.Введение. Влияние процессов мантийного метасоматизма и магматизма на эволюцию литосферной мантии в северо-восточном Биректинском террейне Сибирского кратона рассмотрено на примере флогопит- и флогопит-амфиболсодержащих глубинных ксенолитов из кимберлитов Куойкского поля (рис. 1). Глубинные ксенолиты с мантийной флогопитовой и флогопит-амфиболовой минерализацией в кимберлитовых трубках поля развиты в двух генетически разных сериях пород: магнезиальной (Mg) пироксенит-перидотитовой (с магнезиальным составом пород и минералов) и в серии флогопит-ильменитовых (Phl-Ilm) ги- пербазитов (с железистым типом пород и минералов). В настоящей работе уделяется большое внимание петрографии и минералогии ксенолитов с мантийной флогопитовой и флогопит-амфиболовой минерализацией, и приводятся новые данные по 40Ar/39Ar возрасту флогопита.Методы исследований. Флогопит- и флогопит-амфиболсодержащие парагенезисы ксенолитов были детально изучены в образцах и шлифах. Зерна минералов были проанализированы на содержания главных оксидов на рентгеновском электронно-зондовом микроанализаторе JXA-8200 в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск). Анализ изотопного состава кислорода в гранате выполнен в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН (г. Владивосток) на масс-спектрометре Finnigan MAT 252, [Ignatiev, Velivetskaya, 2004]. Определение возраста флогопита 40Ar/39Ar методом произведено в Институте земной коры СО РАН (г. Иркутск) с использованием мультиколлекторного масс-спектрометра Argus VI.Петрография и минералогия. Магнезиальная (Mg) серия представлена непрерывным переходом пород от Sp, Sp-Grt, Grt клинопироксенитов, ортопироксенитов к вебстеритам, оливиновым вебстеритам и лерцолитам и рассматривается рядом исследователей как расслоенная интрузия в мантии [Ukhanov et al., 1988; Solov’eva et al., 1994]. Мантийная метасоматическая флогопит-амфиболовая минерализация проявлена во всех петрографических типах пород серии и развита в виде секущих прожилков и неправильных участков по границам зерен первичных минералов (рис. 4, 5). В ксенолитах с мегакристаллами пироксенов, состоящих из параллельных пластинок клино- и ортопироксена ± граната ± шпинели (структуры распада высокотемпературного пижонита [Solov’eva et al., 1994]), метасоматический флогопит-амфиболовый агрегат развивается преимущественно по пластинчатым вросткам одного из пироксенов и граната и в перекристаллизованной мелкозернистой матрице пород. Это указывает на значительный интервал времени между кристаллизацией пород пироксенит-перидотитовой серии и развитием флогопит-амфиболового метасоматизма. Phl-Ilm гипербазиты также образуют сложную ассоциацию парагенезисов, представленных Phl-Ilm гранатовыми и безгранатовыми пироксенитами, вебстеритами, оливиновыми вебстеритами, ортопироксенитами, лерцолитами и оливинитами. Характерной особенностью серии являются высокие содержания K, Ti, Fe в породах и минералах. Содержание флогопита в породах широко варьируется – от первых процентов до 40–80 %, ильменита – от первых до 15 %, реже до 30–40 %. Количество слюды и ильменита резко уменьшается в гранатизированных ксенолитах, в которых гранат интенсивно замещает эти минералы, а также первичные силикаты. Панидиоморфнозернистые, гипидиоморфнозернистые, сидеронитовые и порфировидные структуры в негранатизированных ксенолитах указывают на первичный магматический генезис пород. Для пород серии характерно также разнообразие автометасоматических и метасоматических структур. Гранат и флогопит развиваются на субсолидусном этапе близко одновременно: первый за счет охлаждения первичных магматических пород (рис. 11, 12, 14), а второй при воздействии на них остаточных флюидов-расплавов, обогащенных калием и летучими (рис. 8). Особый тип парагенезисов в серии Phl-Ilm гипербазитов представляют сильно деформированные флогопит-амфиболовые породы с новообразованным хромитом и с реликтовыми резорбированными ильменитом и клинопироксеном (рис. 21–23). Дифференцированная серия флогопит-ильменитовых гипербазитов по петрографическим признакам относится к мантийным магматитам, за исключением более поздних деформированных флогопит-амфиболовых пород из зон глубинных разломов. В отличие от соответствующих минералов Mg пироксенит-перидотитовой серии, минералы из Phl-Ilm гипербазитов имеют значительно меньшую магнезиальность (Mg#) и содержат существенно больше TiO2, FeO и меньше Cr2O3 (таблица). Точки метасоматических флогопитов из пород Mg серии на диаграммах Mg# – TiO2 и Mg# – Cr2O3 существенно отделены от поля точек слюд из флогопит-ильменитовых парагенезисов (рис. 24). Амфибол, представленный в Phl-Amph метасоматитах Mg серии типичным паргаситом по химическому составу резко отличается от K-рихтерита из деформированных флогопит-амфиболовых пород серии Phl-Ilm гипербазитов (таблица).40Ar/39Ar датирование слюды. 40Ar/39Ar возраст флогопита из метасоматических флогопит-амфиболовых прожилков и межзерновых реакционных обособлений в гранатовом оливиновом вебстерите Mg серии варьируется в пределах 1640–1800 млн лет (рис. 25). Слюды из негранатизированных Phl-Ilm вебстеритов показали возраст 869 и 851 млн лет (рис. 25). В гранатизированных Phl-Ilm лерцолитах возраст слюд значительно меньше (608 и 495 млн лет). Слюда из деформированной флогопит-амфиболовой породы показала возраст 167 млн лет, близкий возрасту кимберлитов Куойкского поля.Дискуссия и результаты. Возраст метасоматического флогопита (1640–1800 млн лет) несколько ниже возраста присоединения Биректинского террейна к Сибирскому кратону (1.8–1.9 млн лет [Rosen, 2003]), что, возможно, объясняется частичной потерей 40Ar в анализируемой слюде. С другой стороны, это значение близко интервалу позднего эпизода формирования коры в Биректинском блоке 1.8–2.1 млрд лет [Nasdala et al., 2014] и соответствует времени привноса радиогенного осмия в мантийную литосферу из зоны субдукции (1.7–2.2 лет [Pernet-Fisher et al., 2015]). Геохимия изотопов кислорода в породах перидотит-пироксенитовой серии из трубки Обнаженная также свидетельствует о присутствии в них древней субдукционной компоненты (рис. 26). Это позволяет предположить, что мантийный флогопит-амфиболовый метасоматизм в литосферной мантии Биректинского террейна осуществлялся флюидами – расплавами, поступавшими из зоны субдукции примерно 1.8 млрд лет назад, и соответствует эпизоду присоединения этого блока к Сибирскому кратону. Сложная магматическая серия Phl-Ilm пород является более поздней по сравнению с Mg пироксенит-перидотитовой серией. Древний возраст флогопита (869–851 млн лет) из Phl-Ilm гипербазитов несколько превышает наиболее древние датировки щелочного ультраосновного – карбонатитового Томторского массива (800 млн лет [Entin et al., 1990]) и время начала распада суперконтинента Родиния (825 млн лет [Li et al., 2008]). Эта разница может быть объяснена опережающим проявлением высококалиевых, титанистых, железистых магматитов в мантийной литосфере Биректинского блока по сравнению с их проявлением на поверхности. Флогопит из ксенолитов с субсолидусной гранатизацией показывает существенно меньшие значения возраста (500–600 млн лет), вероятно, из-за потери радиогенного аргона при замещении слюды. Этот процесс высвобождал большое количество H2O, K, Ba, F и Cl, поступавших в верхние горизонты коры и мантии. Мантийная высококалиевая и высокотитанистая Phl-Ilm серия, по-видимому, комагматична поверхностным калиевым ультрамафитам и мафитам на Сибирской платформе и связана с ранним эпизодом раскола суперконтинента Родиния. Главные выводы. 1. Рассмотренные флогопитсодержащие серии ксенолитов из кимберлитовых трубок Куойкского поля принадлежат к разным генетическим образованиям и к разным этапам эволюции литосферной мантии Биректинского террейна. 2. Phl-Amph метасоматизм развивается по породам сложной магнезиальной пироксенит-перидотитовой серии ксенолитов, имеет геохимические черты зоны субдукции и маркирует этап, связанный с присоединением Биректинского континентального блока к Сибирскому кратону ~1.8–1.9 млрд лет. 3. Сложная железистая серия Phl-Ilm гипербазитов относится к типичным мантийным калиевым ультраосновным – основным магматитам. Начало формирования магматической серии Phl-Ilm гипербазитов в мантийной литосфере Биректинского террейна (~869–851 млн лет), возможно, соответствует самому раннему этапу распада суперконтинента Родиния

СОСТАВ МИНЕРАЛОВ И P-T-ПАРАМЕТРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МАНТИЙНЫХ ПОРОД ПОД КИМБЕРЛИТОВЫМИ ПОЛЯМИ ПРИАНАБАРЬЯ

The composition of barophilic minerals from mantle xenoliths and Cpx from concentrates of the Kuranakh, Luchakan, Dyuken, and Ary-Mastakh fields of the Anabar region has been studied. Under these fields, the lithospheric mantle compositions vary significantly. The PT parameters of crystallization were calculated using the composition of clinopyroxenes from xenoliths and heavy fraction of kimberlites. The lithospheric mantle rocks under the northern fields have higher values of Mg# of minerals and calculated mantle geotherm (35–48 mW/m2) compared to the parameters for the southern diamond fields. The pipes from the southwestern part of the Ary-Mastakh field are promising for the diamond potential, presenting Grt-bearing lherzolites and harzburgites with a high content of Cr2O3 (to 8.5 wt. %).Изучен состав барофильных минералов из мантийных ксенолитов и клинопироксенов из концентратов Куранахского, Лучаканского, Дюкенского и Ары-Мастахского полей Прианабарья. Установлены существенные различия разрезов литосферной мантии под этими полями. По сравнению с южными алмазоносными полями породы литосферной мантии под северными полями отличаются более высокими значениями магнезиальности минералов и более высокими значениями рассчитанной мантийной геотермы (35–48 мВт/м2). Проведена оценка Р-Т-параметров их кристаллизации по составу клинопироксенов из ксенолитов и тяжелой фракции кимберлитов. Согласно изученным составам ксенолитов, наибольшие перспективы на алмазоносность представляет юго-западный участок Ары-Мастахского поля, в котором обнаружены гранатсодержащие лерцолиты и гарцбургиты с высоким содержанием Cr2O3 (до 8.5 мас. %)

ГРАНАТЫ ИЗ КИМБЕРЛИТОВОЙ ТРУБКИ МИР: ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СВИДЕТЕЛЬСТВА МЕТАСОМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛИТОСФЕРНОЙ МАНТИИ

This paper reports the results on the composition of lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field. The authors investigated 57 samples of the mantle xenoliths collected from the Mir pipe. The samples were represented by peridotites (Grt lherzolites) and pyroxenites (Grt websterite, Grt clinopyroxenite and eclogite). The composition of minerals (garnet, clinopyroxene) and various rocks in the lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field were analyzed based on petrographic features and chemical data. Besides, PT conditions of rock crystallization were calculated using different geothermobarometers. Garnets from peridotites and websterites show relatively high Mg# (75–83) and low TiO2 contents (up to 0.2 wt. %). Since the eclogite has high-Ca (3.78–9.46 wt. %) and high-Fe (7.77–17.20 wt. %) garnet composition, it lies in the area of wehrlite paragenesis. In general, garnets from the lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field have low-Ti garnet composition (up to 0.7 wt. %). Thus, the lithosphere mantle under the Mirny kimberlite field differs from the lithosphere mantle under other diamondiferous fields in a widespread development of eclogite and pyroxenite (up to 50 %), low-Ti composition of rocks, as well as virtual absence of deformed lherzolites. These signs probably indicate minor alteration of silicate metasomatism in the lithospheric mantle under the Mirny field (in contrast to the center of the Siberian craton).Целью работы являлось изучение состава литосферной мантии под кимберлитовой трубкой Мир. Авторами была исследована коллекция мантийных ксенолитов из трубки Мир (57 образцов). Образцы представлены перидотитами (зернистые гранатовые лерцолиты) и пироксенитами (гранатовые вебстериты, гранатовые клинопироксениты и эклогиты). На основе данных по петрографическим особенностям, составу минералов (гранат, клинопироксен) составлена вещественная характеристика различных типов пород в литосферной мантии под кимберлитовой трубкой Мир, также с помощью различных геотермобарометров были рассчитаны Р-Т-условия кристаллизации пород. Гранаты из перидотитов отличаются относительно высокой магнезиальностью (75–83) и низким содержанием TiO2 (до 0.2 мас. %). Эклогиты характеризуются высококальциевым (3.78–9.46 мас. %) и высокожелезистым (7.77–17.20 мас. %) составом граната, на диаграмме Н.В. Соболева попадая в область верлитового парагенезиса. В целом гранаты из литосферной мантии под Мирнинским кимберлитовым полем характеризуются низкотитанистым составом граната (до 0.7 мас. %), отличаясь от высокотитанистых гранатов Далдынского кимберлитового поля. Таким образом, литосферная мантия под Мирнинским кимберлитовым полем отличается от литосферной мантии под другими алмазоносными полями более широким развитием эклогитов и пироксенитов (до 50 %), низко-Ti составом пород и отсутствием деформированных лерцолитов. Данные признаки, вероятно, свидетельствуют о минимальном проявлении силикатного метасоматоза в литосферной мантии под кимберлитовой трубкой Мир (в отличие от центра Сибирского кратона)

Deep-seated xenoliths and xenocrysts from Sytykanskaya pipe: evidence for the evolution of the mantle beneath Alakit, Yakutia, Russia

Heavy mineral concentrate and xenoliths from late autolithic breccia and porphyritic kimberlite of the Sytykanskaya pipe (Alakit field, Yakutia, Russia) were studied by EPMA and LA-ICPMS methods to obtain PTXfO2 diagrams. Trends in P- Fe# - CaO - fO2 for minerals from the porphyritic kimberlite show greater discontinuities than xenocrysts from the breccia. Xenoliths show the widest variation at all pressures. Protokimberlite systems are marked by ilmenite PT points that range from the lithosphere base (7.5 GPa) to a pyroxenite lens situated at intermediate depths (5 - 3.5 GPa) with increasing Cr because of AFC that formed two metasomatic groups with differing Fe#Ol (∼ 10-12 and 13-15). The first Opx-Gar-based mantle geotherm for the Alakit field based on 10 mineral associations is close to the 35 mW/m2 geotherm at 6.5 GPa and 600°C, i.e. near to the Moho. The oxidation state for the megacrystalline ilmenites in the lithosphere base is higher than for other kimberlites in Yakutia. Calculated parental melts for clinopyroxene and garnet by xenocrysts from the breccia show highly inclined linear REE patterns with deep HFSE troughs similar to differentiated protokimberlite magmas. Melts calculated for metasomatic xenoliths have less inclined slopes without troughs in spider diagrams. Garnets reveal S-shaped REE patterns. Calculated melts for garnets from graphite-bearing Cr-websterites located mainly in middle part of the mantle column show slightly inclined convex REE patterns and Ba-Sr troughs with variable enrichment in Nb-Ta-U. The calculated parental melts for clinopyroxenes have inclined REE spectra with a depression in HFSE. Metasomatic clinopyroxenes have enriched patterns with Ba, Zr peaks. 40Ar-39Ar analyses of dispersed phlogopites from the Alakit mantle xenoliths yield a Proterozoic (1154 Ma) age, corresponding to continental arc metasomatism. Alkaline and Ti-rich veins with alkali amphiboles close to richterite formed at ∼1015 Ma and mark a plume event in Rodinia mantle. The∼600-550 Ma stage relates to Rodinia break-up. The last metasomatic event near 385 Ma is related to the protokimberlite

Interaction between protokimberlite melts and mantle lithosphere: evidence from mantle xenoliths from the Dalnyaya kimberlite pipe, Yakutia (Russia)

The Dalnyaya kimberlite pipe (Yakutia, Russia) contains mantle peridotite xenoliths (mostly lherzolites and harzburgites) that show both sheared porphyroclastic (deformed) and coarse granular textures, together with ilmenite and clinopyroxene megacrysts. Deformed peridotites contain high-temperature Fe-rich clinopyroxenes, sometimes associated with picroilmenites, which are products of interaction of the lithospheric mantle with protokimberlite related melts. The orthopyroxene-derived geotherm for the lithospheric mantle beneath Dalnyaya is stepped similar to that beneath the Udachnaya pipe. Coarse granular xenoliths fall on a geotherm of 35 mWm-2 whereas deformed varieties yield a 45 mWm-2 geotherm in the 2–7.5 GPa pressure interval. The chemistry of the constituent minerals including garnet, olivine and clinopyroxene shows trends of increasing Fe# (= Fe/(Fe+Mg) with decreasing pressure. This may suggest that the interaction with fractionating protokimberlite melts occurred at different levels. Two major mantle lithologies are distinguished by the trace element patterns of their constituent minerals, determined by LA-ICP-MS. Orthopyroxenes, some clinopyroxenes and rare garnets are depleted in Ba, Sr, HFSE and MREE and represent relic lithospheric mantle. Re-fertilized garnet and clinopyroxene are more enriched. The distribution of trace elements between garnet and clinopyroxene shows that the garnets dissolved primary orthopyroxene and clinopyroxene. Later high temperature clinopyroxenes related to the protokimberlite melts partially dissolved these garnets. Olivines show decreases in Ni and increases in Al, Ca and Ti from Mg-rich varieties to the more Fe-rich, deformed and refertilized ones. Minerals showing higher Fe# (0.11–0.15) are found within intergrowths of low-Cr ilmenite-clinopyroxene-garnet related to the crystallization of protokimberlite melts in feeder channels. In P-f(O2) diagrams, garnets and Cr-rich clinopyroxenes indicate reduced conditions at the base of the lithosphere at -5 log units below a FMQ buffer. However, Cr-poor clinopyroxenes, together with ilmenite and some Fe-Ca-rich garnets, demonstrate a more oxidized trend in the lower part of lithosphere at -2 to 0 log units relative to FMQ. Clinopyroxenes from xenoliths in most cases show conditions transitional between those determined for garnets and megacrystalline Cr-poor suite. The relatively low diamond grade of Dalnyaya kimberlites is explained by a high degree of interaction with the oxidized protokimberlite melts, which is greater at the base of the lithosphere

Comparison of mantle lithosphere beneath early Triassic kimberlite fields in Siberian craton reconstructed from deep-seated xenocrysts

Mantle xenocrysts from Early Triassic kimberlite pipes from Kharamai, Ary Mastakh and Kuranakh fields in the Anabar shield of Siberia revealing similar compositional trends were studied to estimate the superplume influence on the SCLM. PT reconstructions using monomineral thermobarometry for 5 phases show division of the SCLM beneath the Kharamai field into 6 units: pyroxenitic Fe-rich (1-2 GPa) and Mg-rich (2-3 GPa) layers; middle with two levels of Gar -Sp pyroxenites at ∼3 and 4 -5 GPa; Ga- dunite –harzburgites ∼ 4.5-6.5 GPa subjected to Ilm-Px vein metasomatism, and a Mg-rich dunite lower part. In the Anabar shield (Ary Mastakh, Dyuken and Kuranakh fields) mantle lithosphere is composed of three large units divided into two parts: upper part with amphiboles and phlogopite; two levels of pyroxenites and eclogites at 3 and 4 GPa, and a lower part composed of refertilized dunites. Diagrams showing P- Fe#Gar clusters for garnets and omphacites illustrate the differences between SCLM of these localities. Differences of Triassic SCLM from Devonian SCLM are in simple layering; abundance of Na-Cr-amphiboles and metasomatism in the upper SCLM part, thick pyroxenite - eclogite layer and lower part depletion, heated from SCLM base to 5.0 GPa. Kharamai mantle clinopyroxenes represent three geochemical types: 1) harzburgitic with inclined linear REE, HFSE troughs and elevated Th, U; 2) lherzolitic or pyroxenitic with round TRE patterns and decreasing incompatible elements; 3) eclogitic with Eu troughs, Pb peak and high LILE content. Calculated parental melts for garnets with humped REE patterns suggest dissolution of former Cpx and depression means Cpx and garnets extraction. Clinopyroxenes from Ary Mastakh fields show less inclined REE patterns with HMREE troughs and an increase of incompatible elements. Clinopyroxenes from Kuranakh field show flatter spoon-like REE patterns and peaks in Ba, U, Pb and Sr, similar to those in ophiolitic harzburgites. The PT diagrams for the mantle sections show high temperature gradients in the uppermost SCLM accompanied by an increase of P-Fe#Ol upward and slightly reduced thickness of the mantle keel of the Siberian craton, resulting from the influence of the Permian -Triassic superplume, but with no signs of delamination

МАНТИЙНЫЕ ТЕРРЕЙНЫ СИБИРСКОГО КРАТОНА: ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ПЛЮМОВЫМИ РАСПЛАВАМИ НА ОСНОВАНИИ ТЕРМОБАРОМЕТРИИ И ГЕОХИМИИ МАНТИЙНЫХ КСЕНОКРИСТОВ

We have studied variations in the structure and composition of minerals from the pipes of the Yakutian kimberlite province (YKP) in different mantle terranes of the Siberian craton. The study was based on an extensive database, including the microprobe analysis datasets consolidated by IGM, IG, IEC and IGDNM SB RAS and ALROSA and geochemical analysis of minerals performed by LA‐ICP‐MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). The reconstruction shows layering under the tubes, including 6–7 slab that were probably formed due to subduction; the slabs are separated by pyroxenitic, eclogitic and metasomatic layers and dunite lenses. Transects and mantle profiles across kimberlite fields are constructed. Within the limits of the revealed tectonic terranes, we assume a collage of microplates formed in the early – middle Archean. Extended submeridional structures of the tectonic terranes are not always confirmed at the mantle level. Beneath the Anabar and Aldan shields, the mantle sections show more coarse layers and 3–4 large horizons of dunites with garnet and pyroxene nests separated by ilmenite‐ phlogopite metasomatites and pyroxenites. Terranes representing the suture zones between the protocratons (e.g. Khapchan) are often saturated with eclogites and pyroxenites that may occur as leghthy ascending bodies of magmatic eclogites penetrating through the mantle lithosphere structure (ML). A nearly ubiquitous pyroxenite layer at the level of 3.5–4.5 GPa formed probably in the early Archean with a high heat flux during melting of eclogites and was subsequently traced by plume melts. Within the early Archean protocratons – granite‐greenstone terranes (Tungus, Markha, Berekta, and Sharyzhalgai, ~3.8–3.0 Gyr [Gladkochub et al., 2019], the mantle lithosphere is less depleted and largely metasomatized. The ML structure of the Daldyn and Magan granulite‐orthogneiss terranes is layered with folding revealed in the north‐to‐south sections from the Udachnaya pipe to the Krasnopresnenskaya pipe, which is less pronounced in the latitudinal direction. From the Daldyn field to the Alakit field, there is an increase in the degree of metasomatism, and higher alkalinity of pyroxenes and larger amounts of phlogopite are noted. The most productive Aikhal and Yubileinaya pipes are confined to a dunite core, which is accompanied by a change in the specialization of high‐charge elements Ta‐Nb to Zr‐Hf. Within the limits of the Magan terrane, the thin‐layer structure of the middle and upper parts of the craton keel is replaced with a sharply depleted productive horizon at its base. The mantle of the granite‐greenstone Markha terrrein comprises eclogite (often pelitic) horizons, which suggests subduction of the continental lithosphere or sediments. In the central and northern parts of the Siberian craton, most structures in the mantle are sinking to the west at small angles. The geochemistry features of garnets and pyroxenes from various mantle terranes are considered in detail.Вариации структуры и состава минералов из трубок Якутской кимберлитовой провинции (ЯКП) разных мантийных террейнов Сибирского кратона изучены с использованием обширной базы данных микрозондовых анализов минералов коллектива авторов (ИГМ, ИГХ, ИЗК и ИГБМ СО РАН и «АЛРОСА»), а также геохимических анализов минералов, выполненных методом индуктивно связанной масс‐спектрометрии c лазерной абляцией. Реконструирована слоистость под трубками, образованная 6– пластинами вероятного субдукционного генезиса, разделенными пироксенитовыми, эклогитовыми, метасоматическими горизонтами и линзами дунитов. Построены мантийные разрезы через кимберлитовые поля и протяженные трансекты. В пределах установленных тектонических террейнов предполагается коллаж из микроплит, возникших в раннем –среднем архее, а протяженные субмеридиональные структуры тектонических террейнов не всегда подтверждаются на мантийном уровне. Под Анабарским и Алданским щитами мантийные разрезы более грубослоисты и состоят из 3– крупных горизонтов дунитов с гнездами граната и пироксенов, разделенных ильменит‐флогопитовыми метасоматитами и пироксенитами. Террейны, представляющие шовные зоны между протократонами, как Хапчанский, часто насыщены эклогитами и пироксенитами, которые могут быть протяженными восходящими телами магматических эклогитов, прорывающих структуру мантийной лито‐ сферы (МЛ). Почти повсеместный пироксенитовый слой на уровне 3.5–.5 ГПа, вероятно, возник в раннем архее при высоком тепловом потоке при плавлении эклогитов и в дальнейшем трассировался плюмовыми расплавами. В пределах раннеархейских протократонов: гранит‐зеленокаменных террейнов –Тунгусского, Мархинского, Беректинского, Шарыжалгайского –с возрастом ~3.8–.0 млрд лет [Gladkochub et al., 2019] ман‐ тийная литосфера менее истощена и часто метасоматизирована. Далдынский и Маганский гранулит‐орто‐ гнейсовый террейны имеют слоистую структуру МЛ со складчатостью, проявленной в разрезах с севера на юг от тр. Удачной до тр. Краснопресненской и менее выраженной в широтном направлении. От Далдынского до Алакитского поля растет степень метасоматоза, щелочность пироксенов и количество флогопита. Наиболее продуктивные трубки Айхал и Юбилейная приурочены к дунитовому ядру, что сопровождается сменой специализации высокозарядных элементов Ta‐Nb на Zr‐Hf. В пределах Маганского террейна тонкослоистая структура средней и верхней части киля кратона сменяется резко истощенным продуктивным горизонтом в его основании. Мантия гранит‐зеленокаменного Мархинского террейна содержит горизонты эклогитов (часто пелитового типа), предполагающих субдукцию континентальной литосферы или осадков. В центральной и северной части Сибирского кратона в мантии преобладают структуры погружения на запад с небольшим углом. Рассмотрены особенности геохимии гранатов и пироксенов различных мантийных террейнов