Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов

Abstract

Термобарометрия ксенолитов из 39 кимберлитов Евразии, Африки и Северной Америки показала, что в большинстве случаев наиболее глубокий ксенолит, а значит, и все остальные, захватывается в пределах деплетированной литосферы, откуда следует, согласно петролого- геохимическим данным, что источники кимберлитов располагаются вблизи или в пределах деплетированной литосферы. Из данных термобарометрии следует также, что с увеличением референтного теплового потока (РТП) на поверхности, характеризующего литосферную геотерму, глубина наиболее глубокого ксенолита уменьшается. Исследованы условия формирования реологического подслоя на литосферно- астеносферной границе. Показано, что мантийная конвекция достигает подошвы деплетированной литосферы "кратонной" мощности (более 130-150 км) в течение всей постархейской истории Земли. При этом реологический подслой частично проникает в литосферу, вызывая вблизи ее подошвы горизонтальные перемещения. Вероятно, именно в этой области возникают сильно деформированные породы, из которых захватываются наиболее глубинные ксенолиты со следами значительной сдвиговой деформации. Предсказываемая геодинамической моделью связь между мощностью деплетированной литосферы и РТП хорошо согласуется с результатами термобарометрии. В целом, настоящие результаты поддерживают модель происхождения кимберлитов, предполагающую, что кимберлитовый магматизм инициируется "головой" мантийного плюма, которая, растекаясь, следует рельефу подошвы литосферы, метасоматизируя последнюю и вызывая появление расплавов, состав которых зависит от давления. В частности, в условиях низов литосферы кратонов расплавы имеют кимберлитовый состав.

Термобарометрія ксенолітів з 39 кімберлітів Євразії, Африки та Північної Америки показала, що в більшості випадків найглибший ксеноліт, а отже, і всі інші, захоплюється в межах деплетованої літосфери, звідки виходить, згідно з петролого-геохімічними даними, що джерела кімберлітів розміщуються поблизу або в межах деплетованої літосфери. З даних термобарометрії випливає також, що зі збільшенням референтного теплового потоку (РТП) на поверхні, що характеризує літосферну геотерму, глибина найглибшого ксеноліту зменшується. Досліджено умови формування реологічного підшару на літосферно-астеносферній межі та показано, що мантійна конвекція досягає підошви деплетованої літосфери “кратонної” потужності (≥ 130—150 км) протягом усієї постархейської історії Землі. При цьому реологічний підшар частково проникає в літосферу, викликаючи поблизу її підошви горизонтальні зміщення. Певно саме у зазначеній зоні виникають сильно деформовані породи, з яких захоплюються найбільш глибинні ксеноліти зі слідами значної зсувної деформації. Передбачуваний геодинамічною моделлю зв’язок між потужністю деплетованої літосфери та РТП добре узгоджується з результатами термобарометрії. В цілому, ці результати підтримують модель походження кімберлітів, яка передбачає, що кімберлітовий магматизм ініціюється “головою” мантійного плюму, яка, розтікаючись, наслідує рельєф підошви літосфери, метасоматизуючи останню і викликаючи появу розплавів, склад яких залежить від тиску. Зокрема, в умовах низів літосфери кратонів розплави мають кімберлітовий склад.

Thermobarometry of xenolites/xenocrysts from 39 kimberlites of Eurasia, Africa, and North America demonstrates that the deepest xenolites, as well as all the other, are exhumed from the depleted lithosphere implying in agreement with petrologic and geochemical data that the kimberlite sources are situated within the limits of the depleted lithosphere. It follows from the thermobarometric data that the deepest xenolite depth decreases with increasing reference heat flow (RHF) characterizing a lithospheric geotherm. Conditions controlling formation of a rheological sublayer at the lithosphere-astenosphere boundary have been studied. In agreement with observations, a geodynamic model implies that the mantle convection reaches the base of depleted lithosphere of a “cratonic” thickness (≥ 130—150 km) during the post-Archean. The rheological sublayer partially penetrates the lithosphere. As a result, a layer of strongly sheared rocks form, wherefrom deepest and severely deformed xenoliths with fluidal microstructure similar to that of crustal mylonites seem to be entrained by kimberlites. The relation between the depleted lithosphere thickness and the reference heat flow predicted by the model agrees well with the thermobarometry data. In whole, the present results support the model of the kimberlite genesis assuming that the kimberlite magmatism originates from an interaction of the plume “head” with lithosphere. While this “head” propagates laterally, it follows the re-lief of the lithosphere base, metasomatizes lithosphere, and initiates melting with the melt composition depending on pressure at the lithosphere base. Particularly, under the conditions of the cratonic lithosphere base the melts have kimberlitic composition.