Экспериментальное исследование фазообразования в многокомпонентных карбонатных и карбонат-силикатных системахв связи с проблемой образования кимберлитов и щелочных карбонатитов в верхней мантии

Построены: фазовая TX-диаграмма системы K₂CO₃-MgCO₃-FeCO₃ при 6 ГПа в интервале 900 - 1700°С; фазовая TX-диаграмма системы K₂CO₃-CaCO₃ при 6 ГПа в интервале 900 - 1450ºC; фазовая TX-диаграмма системы Na₂CO₃-MgCO₃-FeCO₃ при 6 ГПа в интервале 900 - 1700°С. Получены рамановские спектры и рентгенограммы для карбонатов Na4Ca(CO₃)₃, Na₂Ca₃(CO₃)₄ и Na₂Ca₄(CO₃)₅. Построены: фазовая TX-диаграмма системы Na₂CO₃-MgCO₃-CaCO₃ при 6 ГПа в интервале 900 - 1700°С; фазовая T-X-диаграмма системы K₂CO₃-MgCO₃-CaCO₃ при 6 ГПа. Определены минимальные температуры плавления в системе, субсолидусные и субликвидусные ассоциации, составы расплава и карбонатных кристаллических фаз. Экспериментально обоснован ультракалиевый доломитовый состав глубинных карбонатных жидкостей при температурах кратонной геотермы на глубинах около 200 км. Построена фазовая P-T-диаграмма системы природный неизмененный кимберлит из трубки Удачная-Восточная (Якутия), содержащей 13 мол. % СО₂ при 3 - 6,5 ГПа и 900 - 1500°С. Показано, что порода кимберлит не испытывает полного плавления даже при температуре 1500°С, при этом расплав по составу отвечает щелочному карбонатиту с содержанием SiO₂ менее 15 мас. %. Однако полученные субликвидусные ассоциации минералов отличаются от четырехминеральной ассоциации, характерной для астеносферной и литосферной мантии (гранат + оливин + ортопироксен + клинопироксен). Последнее может быть связано с недостатком СО₂ в породе кимберлит в результате его потери кимберлитовой магмой при извержении. Построена T-X(CO₂) фазовая диаграмма системы неизмененный кимберлит трубки Удачная-Восточная при 6,5 ГПа. Установлены концентрации СО₂ и температура, при которых расплав сосуществует с ассоциацией, отвечающей по составу лерцолитовой мантии (гранат + оливин + ортопироксен + клинопироксен). Это позволило определить состав первичного кимберлитового расплава в зоне источника и оценить потерю СО₂ кимберлитовой магмой. Получены экспериментальные данные о механизме и кинетике протекания реакции ортопироксена и щелочного доломитового расплава: Mg₂Si₂O₆ (Opx) + NaKCO₃-CaMg(CO₃)₂ (L) при 3 и 6,5 ГПа и температурах 1200 и 1600°С. Получены экспериментальные данные о механизме и кинетике протекания реакции ортопироксена и щелочного кальцитового расплава: Mg₂Si₂O₆ (Opx) + NaKCO₃-CaCO₃ (L) и реакции оливина и щелочного кальцитового расплава: Mg₂SiO₄ (Ol) + NaKCO₃-CaCO₃ (L) при 3 и 6,5 ГПа и температурах 1200 и 1600°С. Изучено влияние воды на механизм и кинетику протекания реакции ортопироксена и щелочного доломитового расплава: Mg₂Si₂O₆ (Opx) + NaKCO₃-CaMg(CO₃)₂ (L) при 3 и 6,5 ГПа и температурах 1200 и 1600°С. Изучено влияние воды на механизм и кинетику протекания реакции ортопироксена и щелочного кальцитового расплава: Mg₂Si₂O₆ (Opx) + NaKCO₃-CaCO₃ (L) и реакции оливина и щелочного кальцитового расплава: Mg₂SiO₄ (Ol) + NaKCO₃-CaCO₃ (L) при 3 и 6,5 ГПа и температурах 1200 и 1600°С. Исследованы фазовые взаимоотношения в системах CaMgSi₂O₆ + 2MgCO₃ (Di + 2Mgs), CaMgSi₂O₆ + NaAlSi₂O₆ + 2MgCO₃ (Di + Jd + 2Mgs) и CaMgSi₂O₆ + Na₂Mg(CO₃)₂ (Di + Na₂Mg) при 6 ГПа и 900 - 1800°С. Установлено влияние жадеитового компонента на реакцию солидуса карбонатизированного лерцолита. Исследованы фазовые взаимоотношения в системах CaMgSi₂O₆ + CaMg(CO₃)₂ (Di + Dol), CaMgSi₂O6 + NaAlSi₂O₆ + 2CaMg(CO₃)₂ (Di + Jd + 2Dol) и NaAlSi₂O₆ + CaMg(CO₃)₂ (Jd + Dol) при 6 ГПа и 900 - 1750°С. Установлен вклад реакции NaAlSi₂O₆ (Cpx) + CaMg(CO₃)₂(Dol) в положение солидуса карбонатизированного эклогита. Исследованы фазовые взаимоотношения в системе CaMgSi₂O₆ + K₂Mg(CO₃)₂ (Di + K₂Mg) при 6 ГПа и 900 - 1500°С. Установлен механизм и температура реакции CaMgSi₂O₆ (клинопиоксен) + 2K₂Mg(CO₃)₂ (твердое) = Mg₂Si₂O₆ (ортопироксен) + K₄CaMg(CO₃)₄ (жидкость). Показано, что данная реакция может контролировать температуру солидуса карбонатизированного лерцолита. Построена фазовая P-T-диаграмма системы CaCO₃, получено уравнение состояний арагонита при давлениях до 29 ГПа и температурах до 1400°С. Проведено экспериментальное исследование фазовых взаимоотношений в системах: KAlSi₃O₈ + CaMg(CO₃)₂ (Kfs + Dol), KAlSi₃O₈ + NaAlSi₂O₆ + 2CaMg(CO₃)₂ (Kfs + Jd + 2Dol), KAlSi₃O₈ + CaMgSi₂O₆ + NaAlSi₂O₆ + CaMg(CO₃)₂ (Kfs + Di + Jd + Dol) и KAlSi₃O₈ + Na₂CO₃ + CaMg(CO₃)₂ (Kfs + Na₂ + Dol) при 6 ГПа и 900 - 1500°С. Установлены температуры начала плавления в данных системах и составы расплавов. Определены температурные области сосуществования двух несмешивающихся жидкостей (карбонатной и алюмосиликатной). Экспериментально обоснован вклад реакции Kfs + Dol в положение солидуса карбонатизированного пелита.