Reconstruction of the composition and structure of the lithospheric mantle based on the major element composition of garnet and chromium diopside xenocrysts from rocks of the crater part of a kimberlite pipe (the example of the V. Grib pipe, Arkhangelsk diamondiferous province)
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2024.310Abstract
The article reports data on the concentrations of the major elements in garnet (1104 grains) and clinopyroxene (238 grains) xenocrysts extracted from rocks of the crater part of the highly diamondiferous V. Grib kimberlite pipe, located within the Arkhangelsk diamondiferous province. All garnet grains were divided into five color groups: violet (35% of the total sample), orange (40%), red (23%), red-orange (<1%) and dichroic (1.3%). The composition of garnets indicates the presence in the lithospheric mantle of lherzolites (39 %), harzburgite-dunites (up to 8 %, including 4 % of potentially diamond-bearing), as well as a significant amount of megacrysts (23 %), low-chromium pyroxenites (up to 19 %), and eclogites (11 %). The temperature varies from 900 to 1200 °С, which is the most common temperature range of diamond stability in the lithospheric mantle rocks, corresponds to 78 % of lherzolite garnets and 88 % of garnets of the harzburgite-dunite paragenesis, including 95 % of “diamond association” garnets. The bestfit geotherm was determined using the software "Gtherm" according to the calculated P-T values of chrome diopside xenocrysts and was consistent with 36.8 mW/m2 surface heat flux. Reconstruction of the structure of the lithospheric mantle indicates the location of garnets of lherzolite paragenesis throughout the entire section of the lithospheric mantle from ~ 80 to ~ 205 km, harzburgite-dunites, including potentially diamond-bearing varieties, mainly in its central and lower parts from ~ 130 to ~ 180 km. The lower boundary of the lithospheric mantle was established at a depth of ~ 230 km. The thickness of the “diamond window” is ~ 85 km. The results of the study showed that kimberlite indicator minerals from the crater parts could be suitable to predict the potential diamond content of kimberlite objects at the drilling stage.
Keywords:
kimberlite pipe, crater part, sandstone, Arkhangelsk, East European Platform, lithospheric mantle, pyrope, chromium diopside, thermal state, diamond content
Downloads
References
Агашева, Е. В. и Агашев, А. М. (2022). Способ оценки типа магматического материала в осадочных породах при поиске коренных месторождений алмазов в пределах алмазоносных районов. Федеральная служба по интеллектуальной собственности Российской Федерации, из № 2775724 RU 2 775 724 C1.
Агашева, Е. В., Агашев, А. М., Гудимова, А. И., Малыгина, Е. В., Червяковский, В. С., Прусакова, Н. А., Щукин, В. С., Голубев, Ю. К., Похиленко, Н. П. (2022). Состав гранатов из кимберлитов Архангельской области как один из признаков алмазоносности. Отечественная геология, 1, 71-91. https://doi.org/10.47765/0869-7175-2022-10005
Агашева, Е. В., Гудимова, А. И., Червяковский, В. С., Агашев, А. М. (2023). Контрастная алмазоносность кимберлитов трубок им. В. Гриба и ЦНИГРИ-Архангельская (Архангельская алмазоносная провинция) как следствие различий в составе и эволюции литосферной мантии: данные по концентрациям главных и редких элементов в ксенокристах граната. Геология и геофизика, 64 (12), 1751-1777. https://doi.org/10.15372/GiG2023155
Богатиков, О. А., Гаранин, В. К., Кононова, В. А., Кудрявцева, Г. П., Васильева, Е. Р., Вержак, Е. М., Парсаданян, К. С., Посухова, Т. В. (1999). Архангельская алмазоносная провинция. М.: МГУ.
Богатиков, О. А., Кононова, В. А., Носова, А. А., Кондрашов, И. А. (2007). Кимберлиты и лампроиты Восточно-Европейской платформы: петрология и геохимия. Петрология, 15 (4), 339-360.
Васильева, Е. Р., Веричев, Е. М., Гаранин, В. К., Кудрявцева, Г. П., Писарев, П. А. (2005). Особенности состава важнейших минералов-индикаторов тяжелой фракции из месторождения алмазов им. В. Гриба. Известия вузов. Геология и разведка, 3, 33-41.
Веричев, Е. М. (2002). Геологические условия образования и разведка месторождения алмазов им. В. Гриба. Дисс. … канд. геол.-минерал. наук. М.: МГУ.
Гудимова, А. И., Агашева, Е. В., Агашев, А. М., Похиленко, Н. П. (2022). Состав, строение и термальный режим литосферной мантии в районе высокоалмазоносной кимберлитовой трубки им. В. Гриба (Архангельская алмазоносная провинция): данные по химическому составу ксенокристов граната и хромдиопсида. Доклады РАН, 505 (1), 38-45. https://doi.org/10.31857/S2686739722070088
Гудимова, А. И., Агашева, Е. В., Зырянова, Л. В. (2023). Реконструкция основных параметров литосферной мантии в районе кимберлитовых трубок Ломоносовская (Золотицкое поле) и Ан-693 (Кепинское поле), Архангельская алмазоносная провинция. В: Рудная школа ЦНИГРИ 2023: материалы IV молодежной научно-образовательной конференции ЦНИГРИ. М.: изд-во ФГБУ ЦНИГРИ, 50-56.
Кононова, В. А., Голубева, Ю. Ю., Богатиков, О. А., Каргин, А. В. (2007). Алмазоносность кимберлитов Зимнебережного поля (Архангельская область). Геология рудных месторождений, 49 (6), 483-505.
Королюк, В. Н., Лаврентьев, В. Г., Усова, Л. В., Нигматулина, Е. Н. (2008). О точности электроннозондового анализа породообразующих минералов на микроанализаторе JXA-8100. Геология и геофизика, 49 (3), 221-225.
Лаврентьев, Королюк, Усова, Нигматулина (2015). Рентгеноспектральный микроанализ породообразующих минералов на микроанализаторе JXA-8100. Геология и геофизика, 56 (10), 1813-1824. https://doi.org/10.15372/GiG20151005
Ларионова, Ю. О., Сазонова, Л. В., Лебедева, Н. М., Носова, А. А., Третяченко, В. В., Травин, А. В., Каргин, А. В., Юдин, Д. С. (2016). Возраст кимберлитов Архангельской провинции: Rb-Sr, 40Ar/39Ar изотопно-геохронологические и минералогические данные для флогопита. Петрология, 24 (6), 607-639. https://doi.org/10.7868/S0869590316040026
Пенделяк, Р. Н., Морозов, А. В., Могутова, В. А. (2019). Геологическое строение трубки им. В. Гриба и ее индикаторные особенности в геофизических полях. Отечественная геология, 5, 53-59.
Соловьева, Л. В., Лаврентьев, Ю. Г., Егоров, К. Н., Костровицкий, С. И., Королюк, В. Н., Суворова, Л. Ф. (2008). Генетическая связь деформированных перидотитов и мегакристов граната из кимберлитов с астеносферными расплавами. Геология и геофизика, 49 (4), 281-301.
Устинов, В. Н., Неручев, С. С., Загайный, А. К., Антащук, М. Г., Лобкова, Л. П., Микоев, И. И., Николаева, Э. В., О’Брайан, Х., Пелтонен, П., Пенделяк, Р. Н. (2021). Алмазоносность севера Восточно-Европейской платформы. СПб.: Наука.
Хмельков, А. М. (2008). Основные минералы кимберлитов и их эволюция в процессе ореолообразования (на примере Якутской алмазоносной провинции). Новосибирск: АРТА.
Щукина, Е. В., Агашев, А. М., Костровицкий, С. И., Похиленко, Н. П. (2015). Метасоматические изменения литосферной мантии в районе кимберлитовой трубки им. В. Гриба, Архангельская алмазоносная провинция. Геология и геофизика, 56 (12), 2153-2172. https://doi.org/10.15372/GiG20151204
Щукина, Е. В., Головин, Н. Н., Мальковец, В. Г., Похиленко, Н. П. (2012). Минералогия и Р-Т-параметры равновесия минеральных парагенезисов перидотитов из кимберлитовой трубки им. В. Гриба, Архангельская алмазоносная провинция. Доклады РАН, 444 (6), 1-6.
Agashev, A. M., Ionov, D. A., Pokhilenko, N. P., Golovin, A. V., Cherepanova, Yu., Sharygin, I. S. (2013). Metasomatism in the lithospheric mantle roots: Constraints from WR and minerals chemical composition of deformed peridotite xenoliths from the Udachnaya kimberlite pipe. Lithos, 160-161, 201-215. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.11.014
Agashev, A. M., Nakai, S., Serov, I. V., Tolstov, A. V., Garanin, K. V., Kovalchuk, O. E. (2018). Geochemistry and origin of the Mirny field kimberlites, Siberia. Mineralogy and Petrology, 112, 597-608. https://doi.org/10.1007/s00710-018-0617-4
Agasheva, E. V. (2021). Magmatic material in sandstone shows prospects for new Diamond deposits within the Northern East European platform. Minerals, 11 (4), 339. https://doi.org/10.3390/min11040339
Canil, D. (1999). The Ni-in-garnet geothermometer: calibration at natural abundances. Contributions to Mineralogy and Petrology, 136, 240-246. https://doi.org/10.1007/s004100050535
Day, H. W. (2012). A revised diamond-graphite transition curve. American Mineralogist, 97, 52-62. https://doi.org/10.2138/am.2011.3763
Dymshits, A. M., Sharygin, I. S., Malkovets, V. G., Yakovlev, I. V., Gibsher, A. A., Alifirova, T. A., Vorobei, S. S., Potapov, S. V., Garanin, V. K. (2020). Thermal State, Thickness, and Composition of the Lithospheric Mantle beneath the Upper Muna Kimberlite Field (Siberian Craton) Constrained by Clinopyroxene Xenocrysts and Comparison with Daldyn and Mirny Fields. Minerals, 10 (6), 549. https://doi.org/10.3390/min10060549
Grütter, H. S., Gurney, J. J., Menzies, A. H., Winter, F. (2004). An updated classification scheme for mantle-derived garnet, for use by diamond explorers. Lithos, 77, 841-857. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.04.012
Grütter, H., Latti, D., Menzies, A. (2006). Cr-Saturation Arrays in Concentrate Garnet Compositions from Kimberlite and their Use in Mantle Barometry. Journal of Petrology, 47, 801-820. https://doi.org/10.1093/petrology/egi096
Hasterok, D. and Chapman, D. S. (2011). Heat production and geotherms for the continental lithosphere. Earth and Planetary Science Letters, 307, 59-70. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.04.034
Kargin, A. V., Sazonova, L. V., Nosova, A. A., Pervov, V. A., Minevrina, E. V., Khvostikov, V. A., Burmii, Z. P. (2017). Sheared peridotite xenolith from the V. Grib kimberlite pipe, Arkhangelsk Diamond Province, Russia: Texture, composition, and origin. Geoscience Frontiers, 8, 653-669. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2016.03.001
Kostrovitsky, S. I., Malkovets, V. G., Verichev, E. M., Garanin, V. K., Suvorova, L. V. (2004). Megacrysts from the V. Grib Kimberlite Pipe. Lithos, 77, 511-523. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2004.03.014
Mahotkin, I. L., Gibson, S. A., Thompson, R. N., Zhuravlev, D. Z., Zherdev, P. U. (2000). Late Devonian Diamondiferous Kimberlite and Alkaline Picrite (Proto-kimberlite?) Magmatism in the Arkhangelsk Region, Russia. Journal of Petrology, 41 (2), 201-227. https://doi.org/10.1093/petrology/41.2.201
Nimis, P. (2022). Pressure and temperature data for diamonds. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 88 (1), 533-565. https://doi.org/10.2138/rmg.2022.88.10
Nimis, P. and Taylor, W. R. (2000). Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part I. Calibration and testing of a Cr-in-Cpx barometer and an enstatite-in-Cpx thermometer. Contributions to Mineralogy and Petrology, 139, 541-554. https://doi.org/10.1007/s004100000156
Nowicki, T. E., Moore, R. O., Gurney, J., Baumgartner, M. C. (2007). Diamonds and associated heavy minerals in kimberlite: A review of key concepts and applications. Developments in Sedimentology, 58, 1235-1267. https://doi.org/10.1016/S0070-4571(07)58046-5
Ramsey, R. R. and Tompkins, L. A. (1994). The geology, heavy mineral concentrate, mineralogy, and diamond prospectivity of Boa Esperanca and Cana Verde pipes, Corrego D’anta, Minas Gerais, Brazil. In: Kimberlites, Related Rocks and Mantle Xenoliths, Proc. 5th Int. Kimberlite Conference. Araxa: CPRM Spec. Publ., 329-345.
Rubanova, E. V., Palazhchenko, O. V., Garanin, V. K. (2009). Diamonds from the V. Grib pipe, Arkhangelsk kimberlite province, Russia. Lithos, 112, 880-885. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.04.044
Ryan, C. G., Griffin, W. L., Pearson, N. J. (1996). Garnet geotherms: A technique for derivation of P-T data from Cr-pyrope garnets. Journal of Geophysical Research, 101, 5611-5625. https://doi.org/10.1029/95JB03207
Schulze, D. J. (2003). A classification scheme for mantle-derived garnets in kimberlite: a tool for investigating the mantle and exploring for diamonds. Lithos, 71, 195-213. https://doi.org/10.1016/S0024-4937(03)00113-0
Shchukina, E. V., Agashev, A. M., Pokhilenko, N. P. (2017). Metasomatic origin of garnet xenocrysts from the V. Grib kimberlite pipe, Arkhangelsk region, NW Russia. Geoscience Frontiers, 8, 641-651. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2016.08.005
Smith, C. B., Gurney, J. J., Skinner, E. M. W., Clement, C. R., Ebrahim, N. (1985). Geochemical character of Southern African kimberlites: A new approach on isotopic constraints. Transactions of the Geological Society of South Africa, 88, 267-280.
Sobolev, N. V., Lavrent’ev, Yu. G., Pokhilenko, N. P., Usova, L. V. (1973). Chrome-rich garnets from the kimberlites of Yakutia and their parageneses. Contributions to Mineralogy and Petrology, 40, 39-52. https://doi.org/10.1007/BF00371762
Ziberna, L., Nimis, P., Kuzmin, D., Malkovets, V. G. (2016). Error sources in single-clinopyroxene thermobarometry and a mantle geotherm for the Novinka kimberlite, Yakutia. American Mineralogist, 101, 2222-2232. https://doi.org/10.2138/am-2016-5540
Downloads
Additional Files
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
