"Clifford's Rule" and the geodynamics of kimberlite magmatism

O. V. Aryasova; Ya. M. Khazan

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v35i6.2013.116453

Автор(и)

O. V. Aryasova Institute of Geophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Україна
Ya. M. Khazan Institute of Geophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v35i6.2013.116453

Анотація

The Clifford rule emphasizes the association of kimberlite magmatism with the crust areas of Archean and Early Proterozoic age. Though there are diamantiferous and highly productive primary diamond deposits outside Archean cratons, the Clifford rule is valid for most cases. However, from the geodynamics viewpoint the rule is not consistent because the kimberlites have a deep origin, and crustal structures can not affect the formation of protokimberlite melts. The extended Clifford rule associates the primary diamonds deposits not with the Archean crust but with the thick depleted lithosphere. It is geodynamically justified and has almost no exceptions. Besides, with such an interpretation of the Clifford rule the association of the kimberlite magmatizm with the ancient structures becomes self-evident because a lithosphere characteristic of Archean cratons could not be formed later due to a decrease of the potential temperature of the convecting mantle since Archean. Therefore the cooling of the convecting mantle is in fact the primary physical reason underlying the validity of the Clifford rule.

Посилання

Агашев А. М., Орихаши Ю., Ватанабе Т., Похиленко Н. П., Серенко В. П. Изотопно-геохимическая характеристика кимберлитов сибирской платформы в связи с проблемой их происхождения // Геология и геофизика. - 2000. - 41. - С. 90-99.

Арясова О. В., Хазан Я. М. Взаимодействие мантийной конвекции с литосферой и происхождение кимберлитов // Геофиз. журн. - 2013а. - 35, № 5. - С. 150-171.

Арясова О. В., Хазан Я. М. Максимальная глубина ксенолитов, выносимых кимберлитaми, и тепловое состояние литосферы // Доп. НАНУ. - 2013б. - № 3. - C. 95-101.

Белов С. В., Лапин А. В., Толстов А. В., Фролов А. А. Минерагения платформенного магматизма (траппы, карбонатиты, кимберлиты). - Новосибирск: Изд. СО РАН, 2008. - 537 с.

Богатиков О. А., Кононова В. А., Первов В. А., Журавлев Д. З. Источники, геодинамическая обстановка и перспективы алмазоностности кимберлитов северной окраины Русской плиты (Sr-Nd изотопия и ICP-MS геохимия) // Петрология. - 2001. - № 3. - С. 227-241.

Божко Н. А. Тектонические обстановки локализации алмазоносних кимберлитов за пределами архейських кратонов // Руды и металлы. - 2006. - № 1. - С. 31-41.

Ваганов В. И. Алмазные месторождения мира и России. - Москва: Геоинформмарк, 2000. - 371 с.

Владыкин Н. В., Лепехина Е. А. Возраст необычных ксеногенных цирконов из кимберлитов Якутии // Докл. АН. - 2009. - 429, № 6. - С. 774-778.

Гайдук В. В. Вилюйская среднепалеозойская рифтовая система. - Якутск, 1988. - 128 с.

Дудкин О. Б., Манаков Ф. В., Кравченко М. П., Кравченко Э. В., Кулаков А. Н., Полежаев Л. И., Припачкин В. А., Пушкарев Ю. Д., Рюнген Г. И. Карбонатиты Хибин. - Апатиты: Изд-во КФ АН СССР, 1984. - 98 с.

Дудкин О. Б., Серов П. А. Проблема возраста и источника вещества карбонатитов Хибинского массива // Геология и минерагения Кольского региона: тр. Всерос. (с международным участием) науч. конф. и IV Ферсмановской науч. сессии, посвященных 90-летию со дня рождения акад. А. В. Сидоренко и д-ра геол.-мин. наук И. В. Белькова (Апатиты, 4-6 июня 2007 г.). - Апатиты: Изд-во К & М, 2007. - С. 215-217.

Кинни П. Д., Гриффин Б. Дж., Хеамен Л. М., Брахфогель Ф. Ф., Специус З. В. Определение U-Pb возрастов перовскитов ионно-ионным массспектрометрическим (SHRIMP) методом // Геология и геофизика. - 1997. - 38, №1. - С. 91-99.

Киселев А. И., Егоров К. Н., Масловская М. Н. Геодинамика развития кимберлитового и базитового магматизма в области Вилюйского палеорифта // Отеч. геол. - 2002. - №4. - С.40-45.

Киселев А. И., Ярмолюк В. В., Томшин М. Д. Девонские рои долеритовых даек на северо-востоке Сибирского кратона и их связь с Вилюйским плюмом // Докл. АН. - 2010. - 434, №4. - С. 502-508.

Константинов К. М., Стегницкий Ю. Б. Позднесилурийская - раннедевонская естественная остаточная намагниченность кимберлитов и траппов Якутской алмазоносной провинции // Докл. АН. - 2012. - 442, №3. - С. 394-400.

Костровицкий С. И., Морикио Т., Серов И. В., Яковлев Д. А., Амирджанов А. А. Изотопногеохимическая систематика кимберлитов Сибирской платформы // Геология и геофизика. - 2007. - 48, № 3. - С. 350-371.

Масайтис В. Л., Михайлов М. В., Селивановская Т. В. Вулканизм и тектоника Патомско-Вилюйского среднепалеозойского авлакогена. - Москва: Недра, 1975. - 182 с.

Носова А. А., Первов В. А., Ларионова Ю. О., Ларченко В. А. Базальтовый вулканизм архангельской алмазоносной провинции: новые геохронологические и изотопно-геохимические данные: III Всерос. симпозиум по вулканологии и палеовулканологии «Вулканизм и Геодинамика» 5-8 сентября 2006 г. Россия, Республика Бурятия, г.Улан-Удэ. - http://earth.jscc.ru/uu2006/.

Первов В. А., Богомолов В. А., Ларченко В. А., Левский Л. К., Минченко Г. В., Саблуков С. М., Сергеев С. А., Степанов В. П. Rb-Sr возраст кимберлитов трубки Пионерская (Архангельская алмазоносная провинция) // Докл. РАН. - 2005. - 400, № 1. - С. 67-71.

Розен О М., Журавлев Д. З., Суханов М. К., Бибикова Е. В., Злобин В. Л. Изотопно-геохимические и возрастные характеристики раннепротерозойских террейнов, коллизионных зон и связанных с ними анортозитов // Геология и геофизика. - 2000. - 41, № 2. - С. 163-180.

Розен О. М., Серенко В. П., Специус З. В., Манаков А. В., Зинчук Н. Н. Якутская кимберлитовая провинция: положение и структура Сибирского кратона, особенности состава верхней и нижней коры // Геология и геофизика. - 2002. - 43, № 1. - С. 3-26.

Рябчиков И. Д. Механизмы и условия магмообразования в мантийных плюмах // Петрология. - 2003. - 11, № 6. - С. 548-555.

Сафонов О. Г., Перчук Л. Л. Карбонатит-кимберлитовые тренды в хлорид-карбонат-силикатных системах в условиях верхней мантии // Физикохимические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи: Материалы Конф., посвященной 110-летию со дня рождения академика Д. С. Коржинского. Москва, ИГЕМ РАН 7-9 октября 2009 г. - Москва: ООО «Центр информационных технологий в природопользовании», 2009. - С. 351-354.

Соболев А. В., Каменецкий В. С., Кононкова Н. Н. Новые данные по петрологии сибирских меймечитов // Геохимия. - 1991. - № 8. - С. 1084-1095.

Соболев А.В., Соболев С.В., Кузьмин Д.В., Малич К.Н., Петрунин А.Г. Механизм образования сибирских меймечитов и природа их связи с траппами и кимберлитами // Геология и геофизика. - 2009. - 50, № 12. - С. 1293-1334.

Шевченко С. С., Лохов К. И., Сергеев С. А. и др. Изотопные исследования в ВСЕГЕИ. Обзор исследований по поиску и разведке месторождений алмазов: Тр. науч.-практич. конф. «Эффективность прогнозирования и поисков и разведки месторождений алмазов: прошлое, настоящее и будущее (Алмазы-50)». - Санкт Петербург, 2004. - С. 383-387.

Шиловский А. П. Траппы на Восточно-Европейской платформе // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2009. - № 8. - С. 11-13.

Юткина Е. В., Кононова В. А., Богатиков О. А., Князьков А. П., Козарь Н. А., Овчинникова Г. В., Левский Л. К. Кимберлиты восточного Приазовья (Украина) и геохимические характеристики их источников // Петрология. - 2004. - 12, № 2. - С. 134-148.

Baker J., Snee L., Menzies M. A brief Oligocene period of flood volcanism in Yemen // Earth Planet. Sci. Lett. - 1996. - 138. - P. 39-55.

Basu A. R., Poreda R. J., Renne P. R., Teichmann F., Vasi l’ev Yu. R., Sobolev N. V., Turrin B. D. High-3He plume origin and temporal-spatial evolution of the Siberian flood basalts // Science. - 1995. - 269. - P. 822-825.

Beard A. D., Downes H., E. Hegner E., Sablukov S. M. Geochemistry and mineralogy of kimberlites from the Arkhangelsk Region, NW Russia: evidence for transitional kimberlite magma types // Lithos. - 51. - 2000. - P. 47-73.

Becker M., le Roex A. P. Geochemistry of South African on- and off-craton, Group I and Group II kimberlites: petrogenesis and source region evolution // J. Petrol. - 2006. - 47. - Р. 673-703.

Bell K., Tilton G. R. Nd, Pb and Sr isotopic compositions of East African carbonatites: evidence for mantle mixing and plume inhomogeneity // J. Petrol. - 2001. - 42. - P. 1927-1945.

Bell K., Tilton G.R. Probing the mantle: the story from carbonatites // EOS Trans. Am. Geophys. Union. - 2002. - 83 (25). - P. 273-277.

Campbell I. H., Griffiths R. W. Implications of mantle plume structure for the evolution of flood basalts // Earth Planet. Sci. Lett. - 1990. - 99. - P. 79-93.

Campbell I. H., Griffiths R. W., Hill R. I. Melting in an Archaean mantle plume: Heads it’s basalts, tails it’s komatiites // Nature. - 1989. - 339. - P. 697-699.

Carlson R. W., Pearson D. G. James D. E. Physical, chemical, and chronological characteristics of continental mantle // Rev. Geophys. - 2005. - 43. RG1001. - DOI:10.1029/2004RG000156.

Chalapathi Rao N.V., Lehmann B. Kimberlites, flood basalts and mantle plumes: New insights from the Deccan Large Igneous Province // Earth Sci. Rev. - 2011. - 107. - P. 315-324.

Chenet A.-L., Quidelleur X., Fluteau F., Courtillot V., Bajpai S. K- Ar dating of the main Deccan large igneous province: Further evidence of KTB age and short duration // Earth Planet. Sci. Lett. - 2007. - 263. - P. 1-15.

Clifford T. N. Tectono-metallogenic units and metallogenic provinces of Africa // Earth Planet. Sci. Lett. - 1966. - 1. - Р. 421-434.

Courtillot V. E., Renne P. R. On the ages of flood basalt events // Comptus Rendus Geoscience. - 2003. - 335. - P. 113-140.

Crough S. T., Morgan W. J., Hargraves R. B. Kimberlites: their relation to mantle hotspots // Earth Planet. Sci. Lett. - 1980. - 50. - P. 260-274.

Dobretsov N. L., Kirdyashkin A. A., Kirdyashkin A. G., Vernikovsky V. A., Gladkov I. N. Modelling of thermochemical plumes and implications for the origin of the Siberian traps // Lithos. - 2008. - 100. - P. 66-92.

Ebinger C. J., Yemane T., WoldeGabriel G., Aronson J. L., Walter R. C. Late Eocene-recent volcanism and faulting in the southern main Ethiopian Rift // J. Geol. Soc. London. - 1993. - 150. - P. 99-108.

Ebinger C., Sleep N. Cenozoic magmatism throughout east Africa resulting from impact of one large plume // Nature. - 1998. - 395. - P. 788-791.

England P., Howsemann G. On the geodynamic setting of kimberlite genesis // Earth Planet. Sci. Lett. - 1984. - 67. - P. 109-122.

Ernst R. E. Large igneous provinces in Canada through time and their metallogenic potential // Mineral Deposits of Canada: A Synthesis of Major Deposit-Types, District Metallogeny, the Evolution of Geological Provinces, and Exploration Methods // Geol. Ass. Canada Spec. Publ. - 2007. - № 5. - P. 929-937.

Ernst R. E., Bell K. Large igneous provinces (LIPs) and carbonatites // Mineral. Petrol. - 2010. - 98. - P. 55-76.

Ernst R. E., Buchan K. L., West T. D., Palmer H. C. Diabase (dolerite) dyke swarms of the world // Geological survey of Canada open file 3241. - 1996. - 104 p.

Faure S. World Kimberlites CONSOREM Database (Version 3) // Consortium de Recherche en Exploration Minerale CONSOREM, Universite du Quebece Montreal. - 2010. - www.consorem.ca.

Field M., Stiefenhofer J., Robey J., Kurszlaukis S. Kimberlite-hosted diamond deposits of southern Africa: A review // Ore Geology Rev. - 2008. - 34. - P. 33-75.

George R. M., Rogers N. W., Kelley S. Earliest magmatism in Ethiopia: evidence for two mantle plumes in one flood basalt province // Geology. - 1998. - 26. - P. 923-926.

Gibson S. A., Thompson R. N., Leonardos O. H., Dickin A. P., Mitchell J. G. The Late Cretaceous impact of the Trindade Mantle Plume: Evidence from largevolume, mafic, potassic magmatism in SE Brazil // J. Petrol. - 1995. - 36. - P. 189-229.

Griffin W. L., Ryan C. G., Kaminsky F. V, O’Reilly S. Y., Natapov L. M., Win T. T., Kinny P. D, Ilupin I. P. The Siberian lithosphere traverse: mantle terranes and the assembly of the Siberian Craton // Tectonophysics. - 1999. - 310. - Р. 1-35.

Griffiths R.W., Campbell I.H. Interaction of mantle plume heads with the earth’s surface and onset of small-scale convection // J. Geoph. Res. - 1991. - 96. - P. 18295-18310.

Grütter H. S. Pyroxene xenocryst geotherms: Techniques and application // Lithos. - 2009. - 112S. - P. 1167-1178.

Gudfinnsson G. H., Presnall D. C. Continuous gradations among primary carbonatitic, kimberlitic, melilititic, picritic, and komatiitic melts in equilibrium with garnet lherzolite at 3-8 GPa. // J. Petrol. - 2005. - 46. - P. 1645-1659.

Hansen S. E., Nyblade A. A, Benoit M. H. Mantle structure beneath Africa and Arabia from adaptively parameterized P-wave tomography: Implications for the origin of Cenozoic Afro-Arabian tectonism // Earth Planet. Sci. Lett. - 2012. - 319-320. - P. 23-34.

Hasterok D. Thermal state of the oceanic and continental lithosphere. Ph.D. thesis. University of Utah. - 2010. - 156 р.

Hasterok D., Chapman D. S. Heat production and geotherms for the continental lithosphere // Earth Planet. Sci. Lett. - 2011. - 307. - P. 59-70.

Heaman L. M., Kjarsgaard B. A. Timing of eastern North American kimberlite magmatism: Continental extension of the Great Meteor Hotspot Track? // Earth Planet. Sci. Lett. - 2000. - 178. - P. 253-268.

Heaman L., Kjarsgaard B., Creaser R. The temporal evolution of North American kimberlites // Lithos. - 2004. - 76. - P. 377-397.

Heaman L., Kjarsgaard B., Creaser R. The timing of kimberlite magmatism in North America: Implications for global kimberlite genesis and diamond exploration // Lithos. - 2003. - 71. - P. 153-184.

Herzberg С., Condie K., Korenaga J. Thermal history of the Earth and its petrological expression // Earth Planet. Sci. Lett. - 2010. - 292. - P. 79-88.

Ivanov A. V. Evaluation of different models for the origin of the Siberian Traps // Plates, plumes, and planetary processes // Geolog. Soc. Amer. Spec. Paper 430. - 2007. - P. 669-691. - DOI:10.1130/2007.2430(31).

Janney P. E., Shirey S. B., Carlson R. W., Pearson D. G., Bell D. R., le Roex A. P., Ishikawa A., Nixon P. H., Boyd F. R. Age, composition and thermal characteristics of South African off-craton mantle lithosphere: Evidence for a multi-stage history // J. Petrol. - 2010. - 51. - P. 1849-1890. - DOI:10.1093/ petrology/egq041.

Janse A. J. A. Is Clifford’s Rule still valid? Affirmative examples from around the World //Proceedeng of the Fifth Internationa Kimberlite Conference, Araxa, Brazil 1991, Volume 2. Diamonds: Characterization, Genesis and Exploration // CPRM Special Publication. Brasilia: Compania de Pescuisa de Recursos Minerais. - 1994. - 1B. - P. 215-235.

Janse A. J. A., Sheahan P. A. Catalogue of world wide diamond and kimberlite occurrences: a selective and annotative approach // J. Geochem. Explor. - 1995. - 53. - P. 73-111.

Kennedy C. S., Kennedy G. C. The equilibrium boundary between graphite and diamond // J. Geophys. Res. - 1976. - 81. - P. 2470-2476.

Khazan Y. M., Fialko Y. A. Fracture criteria at the tip of fluid-driven cracks in the Earth // Geophys. Res. Lett. - 1995. - 22(18). - P. 2541-2544.

Kogarko L. N., Lahaye Y., Brey G. P. Plume-related mantle source of super-large rare metal deposits from the Lovozero and Khibina massifs on the Kola Peninsula, Eastern part of Baltic Shield: Sr, Nd and Hf isotope systematics // Mineral. Petrol. - 2010. - 98. - P. 197-208.

Korenaga J. Scaling of stagnant-lid convection with Arrhenius rheology and the effects of mantle melting // Geophys. J. Int. - 2009. - 179. - P. 154-170.

Lehmann B., Burgess R., Frei D., Belyatsky B., Mainkar D., Chalapathi Rao N. V., Heaman L. M. Diamon-diferous kimberlites in central India synchronous with Deccan flood basalts // Earth Planet. Sci. Lett. - 2010. - 290. - P. 142-149.

Lister J. R., Kerr R. C. Fluid-mechanical models of crack propagation and their application to magma transport in dykes // J. Geophys. Res. - 1991. - 96. - P. 10049-10077.

Luguet A., Jaques A. L., Pearson D. G., Smith C. B., Bulanova G. P., Roffey S. L., Rayner M. J., Lorand J.-P. An integrated petrological, geochemical and Re-Os isotope study of peridotite xenoliths from the Argyle lamproite, Western Australia and implications for cratonic diamond occurrences // Lithos. - 2009. - 112S. - P. 1096-1108.

Matton G., Jebrak M. The Cretaceous Peri-Atlantic Alkaline Pulse (PAAP): Deep mantle plume origin or shallow lithospheric break-up? // Tectonophysics. - 2009. - 469. - P. 1-12. Mitchell R. Kimberlites, orangeites, and related rocks. - New York: Plenum Press, 1995. - 410 p. Morgan W. Convection plumes in the lower mantle // Nature. - 1971. - 230. - P. 42-43.

Nikishin A. M., Ziegler P. A., Stephenson R. A., Cloetingh S. A. P. L., Furne A. V., Fokin P. A., Ershov A. V., Bo lotov S. N., Korotaev M. V., Alekseev A. S., Gorbachev V. I., Shipilov E. V., Lankreijer A., Bembinova E. Y., Shalimov I. V. Late Precambrian to Triassic history of the East European Craton: Dynamics of sedimentary basin evolution // Tectonophysics. - 1996. - 268. - P. 23-63.

Nimis P., Taylor W. R. Single clinopyroxene thermobarometry for garnet peridotites. Part 1. Calibration and testing of a Cr-in-Cpx barometer and an enstatite-in-Cpx thermometer // Contrib. Mineral. Petrol. - 2000. - 139. - P. 541-554.

Pearson D. G., Canil D., Shirey S. B. Mantle samples included in volcanic rocks' xenoliths and diamonds // The mantle and core. - Amsterdam: Elsevier, 2005. - Р. 171-276.

Peate D. W. The Paraná-Etendeka Provinces // Large igneous provinces: Continental, oceanic, and planetary flood volcanism // American Geophys. Union Geophys. Monograph. - 1997. - 100. - P. 217- 245.

Richards M. A., Duncan R. A., Courtillot V. E. Flood Basalts and Hot-Spot Tracks: Plume Heads and Tails // Science. - 1989. - 256. - P. 203-207.

Saunders A. D., England R. W., Reichow M. K., White R. V. A mantle plume origin for the Siberian traps: uplift and extension in the West Siberian Basin, Russia // Lithos. - 2005. - 79. - P. 407-424.

Segev A. Flood basalts, continental breakup and the dispersal of Gondwana: evidence for periodic migration of upwelling mantle flows (plumes) // EGU Stephan Mueller Special Publication Series. - 2002. - 2. - P. 171-191.

Shpount B. R., Oleinikov B. V. A comparison of mafic dyke swarms from the Siberian and Russian platforms // Mafic dyke swarms // Geolog. Assoc. Canada Spec. Paper. - 1987. - 34. - P. 379-383.

Smith C. B., Gurney J. J., Skinner E. M. W., Clement C. R., Ebrahim N. Geochemical character of the southern African kimberlites: a new approach based on isotopic constraints // Transactions Geol. Soc. South Africa. - 1985. - 88. - P. 267-280.

Spence D., Turcotte D. Buoyancy-driven magma fracture - a mechanism for ascent through the lithosphere and the emplacement of diamonds // J. Geophys. Res. - 1990. - 95. -P. 5133-5139.

Spiegelman M., Kelemen P. B. Extreme chemical variability as a consequence of channelized melt transport // Geochem. Geophys. Geosyst. - 2003. - 4(7). - Р. 1055. -DOI:10.1029/2002GC000336.

Storey M., Mahoney J. J., Saunders A.D., Duncan R. A., Kelley S. P., Coffin M. F. Timing of hotspot-related volcanism and the breakup of Madagaskar and India // Science. 1995. - 267. - P. 852-855.

Torsvik T. H., Burke K., Steinberger B., Webb S. J., Ashwal L. D. Diamonds sampled by plumes from the core-mantle boundary // Nature. - 2010. - 466. - P. 352-357.

Torsvik T. H., Smethurst M. A., Burke K., Steinberger B. Large igneous provinces generated from the margins of the large low-velocity provinces in the deep mantle // Geophys. J. Int. - 2006. - 167. - P. 1447-1460.

Turner S., Hawkesworth C., Gallagher K., Stewart K. Peate D., Mantovani M. Mantle plumes, flood basalts, and thermal models for melt generation beneath continents: Assessment of a conductive heating model and application to the Parana // J. Geophys. Res. - 1996. - 101. - P. 11503-11518.

Vasiliev Y. R., Zolotukhin V. V. The Maimecha-Kotui alkaline-ultramafi c province of the northern Siberian Platform, Russia // Episodes. - 1995. - 18.- P. 155-164.

Weeraratne D. S., Forsyth D. W., Fischer K. M., Nyblade A. A. Evidence for an upper mantle plume beneath the Tanzanian craton from Rayleigh wave tomography // J. Geophys. Res. - 2003. - 108, B9. - Р. 2427. - DOI:10.1029/2002JB002273.

White R., McKenzie D. Mantle plumes and flood basalts // J. Geophys. Res. - 1995. - 100. - P. 17543- 17585.

White R., McKenzie D. Magmatism at rift zones: The generation of volcanic continental margins and flood basalts // J. Geophys. Res. - 1989. - 94. - P. 7685-7729.

Woolley A. R., Kjarsgaard B. A. Carbonatite occurrences of the world: map and database. Geological Survey of Canada. Open File 5796. - 2008. - 28 p. - http:// geopub.nrcan.gc.ca/moreinfo_e.php?id=225115.