Содержание к диссертации
Введение
1. Морфологические и физические особенности алмазов и их использование при поисковых работах 9
1.1. Формы роста алмазов и их морфологическая классификация 9
1.2. Внутренняя структура алмазов, их оптически активные дефекты и физическая классификация 12
1.3. Анализ применяемых типоморфных особенностей алмазов при поисках 17
2. Используемые методы исследований алмазов...24
2.1. ИК - спектроскопия 24
2.2. Поглощение в ультрафиолетовой области 27
2.3. Поглощение в видимой области 29
2.4. Фотолюминесцентная спектроскопия 30
2.5. Фотолюминесцентная томография 32
3. Типоморфные особенности алмазов из кимберлитовых тел сибирской платформы 35
3.1. Кимберлитовые трубки Мирнинского поля 35
3.2. Кимберлитовые трубки Далдынского поля 44
3.3. Кимберлитовые трубки Алакит-Мархинского поля 51
3.4. Кимберлитовые трубки Накынского поля 58
3.5. Оптико-спектроскопические особенности алмазов основных районов, полей и месторождений Сибирской платформы 70
3.5.1. Сравнительная характеристика кристаллов различных алмазоносных районов и полей 71
3.5.2. Сходство и различие алмазов из различных месторождений одного кимберлитового поля 78
4. Оптико-спектроскопические особенности кристаллов основных морфологических типов из различных месторождений 86
4.1. Кимберлитовые трубки Далдынского поля 86
4.2. Кимберлитовые трубки Накынского поля 89
4.3. Кимберлитовые трубки Мирнинского поля 91
4.4. Региональные отличия оптико-спектроскопических характеристик алмазов основных морфологических типов 92
5. Идентификационные модели алмазов и их использование при прогнозировании и поисках 97
5.1. Вероятностные модели алмазов различных месторождений 98
5.2. Некоторые аспекты природного алмазообразования 107
5.3. Прогнозирование коренных месторождений алмазов по оптико-спектроскопическим свойствам кристаллов из россыпей Сибирской платформы 113
Заключение 126
- Поглощение в ультрафиолетовой области
- Кимберлитовые трубки Далдынского поля
- Оптико-спектроскопические особенности алмазов основных районов, полей и месторождений Сибирской платформы
- Некоторые аспекты природного алмазообразования
Введение к работе
Актуальность работы. С момента открытия кимберлитовых трубок и до настоящего времени на Сибирской платформе проводится детальное изучение морфологии и некоторых физических свойств алмазов из коренных месторождений и россыпей. Это позволило определить типоморфные особенности этого минерала для различных источников и использовать их при прогнозировании и поисках алмазных месторождений на открытых площадях. Однако в настоящее время фонд легко открываемых кимберлитовых трубок практически исчерпан. Сейчас алмазопоисковые работы ведутся в сложных геологических условиях, когда кимберлиты перекрыты траппами и терригенными отложениями значительной мощности, а их минералы, в том числе и алмазы, претерпели неоднократный перемыв и переотложение, что сильно затрудняет поиски коренных месторождений. Поэтому необходимы дополнительные критерии поискового прогнозирования. Таковыми являются некоторые физические свойства алмазов, массовое изучение которых стало возможным благодаря развитию современных аналитических методов. Именно результаты комплексного исследования кристаллов методами оптической спектроскопии с учетом их морфологии способствуют созданию многомерных идентификационных моделей и разработке на этой основе новых подходов для решения прикладных геологических задач таких как районирование и отнесение россыпей к известной или прогнозируемой кимберлитовой трубке, что в конечном итоге ведет к более эффективному поиску месторождений алмазов в сложных геологических условиях. Все это в настоящее время является весьма актуальным.
Цель работы - разработка новых подходов определения принадлежности алмазов из россыпей известному или прогнозируемому коренному месторождению.
Основные задачи, которые решались для достижения этой цели следующие.
Изучить комплексом оптико-спектроскопических методов алмазы из трубок, находящихся в сложных геологических условиях, и выделить их типо-морфные особенности для дальнейших целенаправленных поисков на перспективных площадях.
Расширить базы данных по типоморфным особенностям алмазов из коренных и россыпных месторождений Сибирской платформы, дополнив их сведениями о некоторых оптико-спектроскопических свойствах алмазов, которые ранее не изучались или изучались на сравнительно низком уровне.
Определить оптико-спектроскопические особенности алмазов основных морфологических типов из различных источников.
Установить оптико-спектроскопические характеристики алмазов, позволяющие идентифицировать их коренной источник, и разработать методику определения принадлежности кристаллов или их ассоциаций к разноранговым алмазоносным объектам.
Фактический материал и методы исследований. В работе использованы результаты оптико-спектроскопических исследований алмазов коренных и россыпных месторождений Сибирской алмазоносной провинции, в получении части которых автор принимал непосредственное участие при выполнении научно-исследовательских тем в ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛРОСА» за период 1997-2003 гг. Комплексно изучались алмазы трубок Алакит-Мархинского (Сытыканская, Юбилейная, Комсомольская, Айхал), Далдынского (Удачная, Фестивальная, Долгожданная, Иреляхская), Мирнинского (Мир, Интернациональная, Дачная, Амакинская, Таежная), Накынского (Ботуобинская, Нюрбинская) кимберлито-вых полей и ряда современных россыпей Центрально-Сибирской, Лено-Анабарской и Тунгусской алмазоносных субпровинций. При этом осуществлялись исследования алмазов методами фотолюминесцентной томографии (ФТ), фотолюминесценции (ФЛ), спектроскопии поглощения в видимой (ВО), ульт-
рафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК) областях. Лично автором было зарегистрировано и проанализировано спектров: ИК - 6130, УФ - 2970, ВО - 4710, ФЛ - 1230. Также в работе использованы результаты комплексного исследования алмазов из базы данных ЯНИГП ЦНИГРИ. Внедрение современных точных методов, адаптация, разработка новых методик исследования, в которых автор принимал непосредственное участие, позволили получить большой объем оптико-спектроскопических характеристик алмазов из различных источников.
Научная новизна работы. Впервые определены оптико-спектроскопические особенности алмазов коренных источников Накынского кимберлитового поля, проведено их сопоставление с таковыми из месторождений других полей Сибирской платформы, выявлены черты сходства и различия между ними. Установлены отличия в содержании и сочетании дефектов кристаллической структуры в индивидах одного морфологического типа из разных кимберлитовых тел, указывающие на своеобразие термодинамических и геохимических условий алмазообразования. Предложена новая методика вероятностного моделирования месторождений и определения принадлежности индивидов к тому или иному коренному источнику по соотношению дефектов кристаллической структуры алмаза.
Практическая значимость работы заключается в следующем.
Особенности содержания и распределения оптически активных дефектов в алмазах трубок Ботуобинская и Нюрбинская использованы в качестве дополнительных критериев минералогического районирования Накынского кимберлитового поля.
Созданы идентификационные модели алмазов, отражающие основные физические свойства кристаллов кимберлитового тела и позволяющие выделять совокупности алмазов, характерные для данного месторождения.
Выявленные оптико-спектроскопические особенности кристаллов определенных морфологических типов различных коренных источников Сибирской провинции и разработанная методика позволили по совокупности физических и
морфологических признаков привязать индивиды ряда современных россыпей к конкретной кимберлитовой трубке или прогнозировать новые коренные месторождения в пределах Центрально-Сибирской, Лено-Анабарской и Тунгусской алмазоносных субпровинций. Разработаны четыре рекомендации, которые приняты к внедрению как имеющие научное и прикладное значение для геологоразведочного комплекса АК «АЛРОСА». Защищаемые положения:
Алмазы трубок Ботуобинская и Нюрбинская индивидуальны по свечению в УФ лучах, окраске, содержанию оптически активных дефектов, внутреннему строению и другим признакам, использующимся как типоморфные при минералогическом районировании.
Кристаллы определенного морфологического типа каждого месторождения имеют свои содержание, соотношение и распределение по объему А-, В-, Р- и Н-дефектов, свидетельствующие о специфике условий их образования.
Применение вероятностных моделей алмазов, базисными параметрами которых являются дефекты кристаллической структуры, позволяет определять принадлежность кристаллов из россыпей к их коренным источникам.
Апробация работы. Отдельные положения и разделы работы докладывались и обсуждались: на II и III Международных научных симпозиумах по проблемам геологии и освоения недр (Томск, 1999; 2000); VII школе-семинаре «Фотолюминесценция и сопутствующие явления» (Иркутск, 2001); на IV, V, VII и VIII Региональных научно-практических конференциях Мирнинского политехнического института (МПТИ) ЯГУ (Мирный, 1999; 2000; 2002; 2003); I Евразийском симпозиуме по сверхпрочным материалам (Якутск, 2002); Региональной научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века» (Мирный, 2003); VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2003). По теме кандидатской диссертации опубликовано 14 научных работ [1-14]. Основные результаты исследований вошли в четыре от-
чета о научно-исследовательских работах ЯНИГП ЦНИГРИ, выполненных при непосредственном участии автора.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы - 140 страниц, включая 105 страниц машинописного текста, десять таблиц, 44 рисунка. Список литературы состоит из 132 наименований.
Работа выполнена в ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛРОСА» в процессе разработки плановых бюджетных научно-исследовательских и договорных тем с Ботуобинской и Амакинской геологоразведочными экспедициями в 1997-2003 гг. Неоценимая помощь и содействие были оказаны директором ЯНИГП ЦНИГРИ, доктором геол.-мин. наук, профессором Н.Н. Зинчуком, под чьим научным руководством была выполнена эта работа и которому автор выражает глубокую благодарность. Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю признательность доктору геол.-мин. наук А.Я. Ротману, кандидатам геол.-мин. наук Е.И. Борису, А.В. Герасимчуку, В.И. Коптилю,' кандидатам физ.-мат. наук В.П. Миронову, Л.П. Шадриной, сотрудникам ЯНИГП ЦНИГРИ И.И. Антипину, Е.А. Васильеву, Т.В. Кедровой, О.Е. Ковальчуку, Б.С. Помазанскому за научные дискуссии и предоставление разнообразных аналитических данных. Автор тесно сотрудничал с кандидатом физ.-мат. наук Ю.В. Утюпиным и Н.О. Свиридовой, оказавшими огромную помощь в математической и компьютерной обработке полученного материала.
Поглощение в ультрафиолетовой области
Основной задачей, которая ставилась при исследовании поглощения алмазов УФ-области, являлось определение концентраций азота в форме А-центра, особенно в кристаллах округлой и неправильной форм, не поддающихся изучению в ИК-области, а также установление наличия ряда дополнительных оптически активных центров, проявляющихся только в этой области. Для регистрации спектров поглощения использован спектрально-вычислительный комплекс, созданный на базе монохроматора МДР-41. Источник излучения — ДДС 30. Спектры поглощения получались при комнатной температуре. Коэффициент поглощения алмаза кров) на длине волны 306,5 нм, пропорционален концентрации азота в форме А-дефектов. На этой длине волны в спектре поглощения алмазов с высокими концентрациями азота регистрируется характерный пик, интенсивность которого связана с концентрацией азота в А-форме Л , следующим соотношением [38, 39, 53, 100]: NA = KA к роб).В УФ-области проявляются системы электронно-колебательных полос N4 (354 нм), N9 (236 и 230,8 нм), N10 (240 и 248 нм) и другие [37, 38].
Приведенная методика простая, экспрессная, но содержит ряд недостатков, так как предполагается, что алмаз имеет плоскопараллельные грани, в пределах которых отсутствуют включения, трещины и другие внутренние неоднородности. В реальных кристаллах значительная часть излучения отражается, причем доля отраженного света изменяется в зависимости от габитуса и установки кристалла. Потери на отражение при нормальном к поверхности падении излучения составляют 18%. Методика не учитывает и рассеивание на скульпту-рированной поверхности, индивидуальное для каждого кристалла. Кроме того, часть излучения поглощают, отражают или рассеивают внутренние включения и трещины. Приводимая ниже методика определения концентрации азота в А-форме лишена перечисленных недостатков, так как позволяет учесть указанные выше потери путем введения некоторого коэффициента к\ индивидуального для каждого кристалла. Зная к\ концентрацию азота в виде А-дефектов можно записать следующим образом: NA = Кл 1п(1о,зоб к /1зоб)/с1, где d — толщина образца, Ізоб и Іо.зоб — интенсивности соответственно прошедшего и падающего излучения на длине волны 306,5 нм. Коэффициент/: определяется по минимуму поглощения в диапазоне 330 - 360 нм. Это ближайший участок спектра, на котором коэффициент поглощения не зависит от концентрации азота, а определяется "серым" поглощением, определяемым перечисленными выше индивидуальными особенностями каждого кристалла. Это поглощение незначительно отличается от "серого" поглощения на 306,5 нм. Тогда коэффициент к будет равен: К- Ітіп -ІО.тігм где Imin и Io.min — интенсивности соответственно прошедшего и падающего излучения на длине волны минимума спектра поглощения в диапазоне 330 -360 нм.
Результаты определения содержания азота в форме А-центра соответствуют 1-ІЙ категории точности по ОСТ 41-08-205-99 и ОСТ 41-08-262-86 [95, 96] (приложение). Проведенный анализ определенных концентраций азота в А-форме методами ИК- и УФ-спектроскопии показал достаточно высокую их схожесть (коэффициент корреляции г=0,912). Содержание других дефектов оценивалось по коэффициентам поглощения их основных полос. Таким образом, использование универсального спектрально-вычислительного комплекса и данной методики позволяет регистрировать спектры поглощения в УФ-области алмазов произвольной формы, размером более 0,5 мм, и вычислять по ним концентрацию азота в виде А-дефектов и наличие других оптически активных центров. Поглощение в видимой области Основной задачей оптической спектроскопии видимой области является установление наличия оптически активных центров, селективно поглощающих излучение оптического диапазона электромагнитного спектра, что в той или иной степени обуславливает окраску алмазов. Для регистрации спектров поглощения использован спектрально-вычислительный комплекс, созданный на базе монохроматора МДР-41. Спектры поглощения измерялись при комнатной температуре.
Методика проведения исследований в видимой области аналогична применяемой для измерения концентрации азота в А-форме, описанной выше. Источник излучения — лампа накаливания. Сначала записывается фон, затем в держатель устанавливается кристалл с измеренной толщиной в месте исследования и записывается спектр прошедшего через него излучения. Спектр поглощения вычисляется программно по формуле: К = ln(Io/I)/d; где d- толщина исследуемого кристалла в сантиметрах, 10- интенсивность первоначального потока света входящего в кристалл; / - интенсивность потока света прошедшего через кристалл. Содержание №-дефектов оценивалось по коэффициенту поглощения бес-фононной полосы на 415,6 нм. В том случае, если центр регистрировался на фоне бесструктурной полосы, характерной для пластически деформированных алмазов, тогда от полученного значения к з вычитался коэффициент поглощения этой полосы на 425 нм. Наличие других дефектов (N2, НЗ, Н4, 575, 594, 640 нм) оценивалось по максимальному коэффициенту поглощения их фононного повторения [37, 38]. Таким образом, использование универсального спектрально-вычислительного комплекса позволяет регистрировать спектры поглощения в видимой области алмазов размером более 0,5 мм, определять по ним природу окраски и давать количественную оценку содержания некоторых дефектов.
Кимберлитовые трубки Далдынского поля
Далдынское кимберлитовое поле расположено в северо-восточной части Далдыно-Алакитского алмазоносного района в 25 км от Алакит-Мархинского поля и включает около 60 трубочных тел. Среди них одно из крупнейших коренных месторождений алмазов мира — трубка Удачная, состоящего из двух сопряженных тел (восточного и западного). Распределение алмазов отдельных разновидностей и морфогенетических групп по отдельным рудным столбам, типам кимберлитов трубки Удачная подвержено некоторым колебаниям, но определенные закономерности их содержания не устанавливаются [35]. mБыло проведено изучение кристаллов трубок Удачная, Иреляхская, Долгожданная, Фестивальная, Зарница.
Кристалломорфология. Для трубок Далдынского кимберлитового поля характерно низкое содержание типичных округлых алмазов "уральского" ("бразильского") типа [105] при различном соотношении кристаллов октаэдрическо-го и ромбододекаэдрического габитусов для различных по алмазоносности месторождений. Среди алмазов трубки Удачная значительную часть составляют двойники по шпинелевому закону и различного рода сростки (30,3-34,4 % от общего количества кристаллов), но поликристаллические сростки для этого источника не характерны. Из числа других генетических разновидностей наиболее распространенными являются поликристаллические агрегаты VIII-IX разновидностей. Среди сингенетических твердых включений в алмазах I разновидности резко преобладают (99%) минералы-узники ультраосновной ассоциации. Степень сохранности алмазов из кимберлитовых трубок высокая - 35-45% целых кристаллов [35]. Для трубки Зарница характерно резкое преобладание кристаллов ромбододекаэдрического габитуса I разновидности по Ю.Л. Орлову при максимальном (32,8 %) для кимберлитовых тел Далдыно-Алакитского алмазоносного района содержании типичных округлых алмазов с шагренью и полосами пластической деформации (22,2 %), что согласуется с ее невысокой ал-мазоносностью [35, 113].
Поглощение в УФ лучах. По поглощению в УФ лучах кристаллы месторождений Далдынского поля можно разделить на две основные группы: не регистрирующие полос А-центра и поглощения до 300 нм (большая часть коричневых алмазов) и с интенсивным поглощением с 320 нм (рис. 9, а), с отчетливыми проявлениями полос А-центра на 306,5 и 316 нм. Основная масса изученных кристаллов имеет концентрацию азота в форме А-центра до 500 at. ppm. (рис. 10, а). Наибольшее содержание этой примеси в А-форме показывают кристаллы из трубки Долгожданная (табл. 3.2). Полученные данные хорошо согласуются с результатами Ю.М. Биленко, но имеют некоторые отличия от распределений Т.К. Хачатрян [74, 75]. Как видно из рисунка 10, коренные месторождения Дал-дынского поля характеризуются преобладанием в них низкоазотных алмазов (50-80%) с содержанием этой примеси в А-форме до 200 at. ppm. В то же время кривые распределения алмазов данного поля демонстрируют слабый побочный максимум около 500 at. ppm (рис. 10, а). Поглощение видимого света. Значительную часть алмазов трубки Удачная и других разведанных кимберлитовых трубок Далдынского поля составляют окрашенные в различные цвета камни, составляющие половину и даже более всей алмазной продукции (рис. 9, б, в, г). Среди них резко преобладают окрашенные в дымчато-коричневые, реже лилово-коричневые цвета различной интенсивности из-за пластической деформации индивиды (рис. 9, в). В спектрах поглощения 25-45% от общего содержания, регистрируется коэффициент поглощения бесструктурной полосы на 400 нм более 2 см"1 (рис. 9, в), на фоне которой зачастую проявляются НЗ (Н4) и 640 нм дефекты (табл. 3.3), что говорит о температурном воздействии свыше 900К, но меньше 1200 К на пластически-деформированные кристаллы [37, 38]. Обычно это кристаллы с коричневыми и лилово-коричневыми оттенками окраски. Наибольшее содержание алмазов с такими спектрами поглощения показывают трубки Долгожданная и Фестивальная (рис. 11,6). Остальные месторождения по частоте встречаемости и коэффициенту поглощения этой полосы в спектрах кристаллов близки (рис. 11, б). Такие алмазы являются типоморфным признаком не только кимберлитовых жил, но и трубок с убогой алмазоносностью, относящихся к самостоятельной фазе кимберлитового магматизма, которая в большинстве случаев предшествовала образованию высокопродуктивных кимберлитовых тел этого поля [35]. Встречаются (3-5%) желто-зеленые алмазы II и IV разновидностей эклогитового генезиса. В спектрах поглощения этих кристаллов регистрируется полоса поглощения в коротковолновой области видимого спектра, характерная для алмазов, содержащих С-дефект (рис. 9, г). Полосы ЫЗ-дефекта регистрируется в спектрах поглощения у 63-73 %, причем у 10-30% отмечаются коэффициенты поглощения этого центра более 1 минесценцией (SI, S3, НЗ) и имеющие форму куба; б) фантомы, имеющие ме нее яркую зеленую люминесценцию (центры S1-S3, НЗ, Н4), распределение ко торой указывает на одновременный рост кристалла гранями куба и октаэдра. Люминесценция сосредоточена в пирамидах куба. Области с тангенциальным механизмом роста в этих фантомах чаще с голубым свечением, изредка - не люминесцирующие. Оба типа фантомов часто окружены оболочкой с голубой люминесценцией. Особо следует отметить группу кристаллов, с инверсией цве тов люминесценции синий— зеленый—жесветящаяся зона, си ний—»зеленый—»синий, синий— зеленый— синий— несветящаяся зона. Эти группы кристаллов не являются случайными, поскольку суммарная частота их встречаемости составляет около 13% (по данным Помазанского Б.С.). Для спек тров ФЛ алмазов из трубки Удачная характерны синие (голубые) компоненты, обусловленные свечением ЫЗ-центров (88%) причем около 23 % образцов име ют в спектре только систему N3, и около 50 % в сочетании с зеленой люминес ценцией (табл. 3.4). В остальных случаях в спектре регистрируются различные другие комбинации дефектов. Содержание кристаллов с желто-зеленым свече нием в целом в кимберлитовых трубках Далдынского поля заметно выше по сравнению с известными кимберлитовыми телами Якутии (табл. 3.4). В спек трах ИК-поглощения этих алмазов доминирует А-полоса (рис. 12, б).
Оптико-спектроскопические особенности алмазов основных районов, полей и месторождений Сибирской платформы
К настоящему времени собран большой фактический материал по сравни тельной характеристики алмазов из различных кимберлитовых трубок Сибир ской платформы, установлены региональные отличия таких свойств алмазов, как величина, форма кристаллов, их морфологические особенности, фото- и рентгенолюминесцентные свойства, содержание азота в А-форме и другие [35, 57, 81 ]. Отмечается также необычайно широкий разброс физических свойств и морфологических черт алмазов каждого источника [35, 72, 75, 77 80, 81]. Лите- , ратурные сведения, дополненные полученными при проведенных исследовани- ях данными, позволяют расширить общее представление о типоморфизме кристаллов кимберлитовых трубок и выявить ряд параметров алмазов, определяющих их принадлежность алмазоносному району, полю или отдельному месторождению. 3.5.1. Сравнительная характеристика кристаллов различных алмазоносных районов и полей
Выборки алмазов из высокопродуктивных трубок Мало-Ботуобинского и месторождений Далдыно-Алакитского алмазоносных районов существенно отличаются содержанием основных оптически активных центров. Основная масса изученных кристаллов Далдыно-Алакитского района имеет малые концентрации азота, а образцы из высокопродуктивных источников Мало-Ботуобинского района обогащены этой примесью. В трубках Далдынского и Алакит-Мархииского полей преобладают алмазы (50-80%) с содержанием примеси азота до 200 at. ppm (рис. 10, 16). Подобный максимум присутствует на соответствующих кривых для высокопродуктивных трубок Мирнинского поля, но имеет подчиненный характер (рис. 3, 8). В то же время для месторождений Далдыно-Алакитского района наблюдается небольшая частота встречаемости алмазов с концентрацией азота в А-форме более 400 at. ppm. Необходимо отметить большое сходство по этому параметру алмазов из коренных источников II группы Мирнинского поля и Далдыно-Алакитского района. Высокий процент в кимберлитовых телах Среднемархинского района кристаллов в спектрах ИК- поглощения которых отсутствуют или регистрируются слабые полосы В, Р и Н дефектов, сближает их с таковыми из коренных источников I группы Мирнинского поля и существенно отличает от индивидов его II группы и Далдыно-Алакитского района (рис. 10, 16, 22, 23). О высоком процентном содержании азота в В-форме (табл. 3.2) для кристаллов последнего свидетельствуют наши исследования и опубликованные в печати данные [75]. Доминирующая часть алмазов Алакит-Мархинского и II группы Мирнинского полей содержит интенсивные полосы Р в ИК-спектрах, однако для алмазов из трубок Амакинская и Таежная отмечаются несколько большие коэффициенты полос А и В-центров. Среди изученных алмазов из коренных источников Далдынского поля встречаются кристаллы, в спектрах которых доминируют полосы В и Р при отсутствии или малом коэффициенте поглощения системы А (рис. 12, а). Кристаллы типа 1аВ, характерные для трубок Мир и Интернациональная, в Далдыно-Алакитском и Среднемархинском районах не встречены.
По содержанию водородных центров также выделяются различия между алмазами отдельных полей Центрально-Сибирской субпровинции, что согласуется с опубликованными данными [74]. В отличие от алмазов Далдынского поля, часто обогащенных примесью водорода, полоса 3107 см 1 не регистрируется для основной массы кристаллов из трубок Комсомольская, Сытыканская и Бо-туобинская (рис. 12, 15, 21). По содержанию плейтелетс (рис. 7, 22, 23) выделяется определенная специфика для алмазов главных популяций из трубок Мирнинского и Накынского полей, а также отличия от них индивидов Далдыно-Алакитского района. Для последнего типичны алмазы, в спектрах поглощения которых регистрируются 0 высокие коэффициенты полос Р (5-12 см"1), не характерные для алмазов Мирнинского и Накынского полей. В свою очередь, в спектрах поглощения алмазов из коренных источников Алакит-Мархинского поля регистрируются более высокие коэффициенты полос Р-центров по сравнению с таковыми для Далдын-ского поля. По соотношению азота в форме А-, В-центров, коэффициентам поглощения Р- и Н-дефектов кристаллы трубок Накынского поля имеют промежуточные значения между алмазами Мало-Ботуобинского и Далдыно-Алакитского алмазоносных районов (табл. 3.2). По средним размерам плейтелетс и коэффициентам поглощения Р алмазы трубки Мир сопоставимы с алмазами трубок Интернациональная и Дачная и попадают в «поле кристаллов» I группы Мирнинского поля; Айхал, Юбилейная, Сытыканская, Комсомольская — Алакит-Мархинского; Удачная, Ирелях-ская, Фестивальная, Долгожданная, Зарница —Далдынского, что свидетельствует о генетической информативности данных параметров (рис. 27). Полученные распределения по отдельным признакам алмазов унимодальные или в общем случае - квазиунимодальные. Данный факт позволяет перейти к более информативным и наглядным, на наш взгляд, средним значениям выделенных характеристик кристаллов, как это сделано в работе [75]. По полученным параметрам составлены вариационные ряды и построены дендрограм-мы (рис. 26) с использованием группового кластерного анализа многомерного метода. Дистанционный показатель классифицирует степень схожести выборок, чем меньше его величина, тем более похожи выборки. Из полученных результатов видно, что относительной схожестью по результатам комплексного оптико-спектроскопического исследования обладают алмазы трубок Сытыкан-ская и Комсомольская. Кристаллы трубок Юбилейная и Айхал имеют большие отличия, но находятся в области Алакит-Мархинском поля. Индивиды трубок Удачная, Иреляхская, Фестивальная, Зарница имеют определенные сходства и объединены в область Далдынского поля. Алмазы трубок Ботуобинская и Нюр-бинская близки к Мирнинскому типу первоисточников, но характеризуются своим типоморфизмом. Положение на диаграмме Тейлора (Taylor, Milledge, 1995) алмазов ким-u берлитовых трубок Якутии показывает некоторые отличия температур их образования (рис. 28). Самыми низкотемпературными являются индивиды трубок Ботуобинская, Нюрбинская и Интернациональная (1100С), при наиболее высоких температурах росли кристаллы трубок Комсомольская, Удачная и Зарница.
Некоторые аспекты природного алмазообразования
Проведенные исследования алмазов методами фотолюминесцентной томографии, а также результаты изучения кристаллов другими авторами [17, 27, 118, 119], указывают на сложное внутреннее строение большинства кристаллов. Их зональность и секториальность проявляются в фото- и катодолюминесцен-ции, поглощении в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах и двупре-ломлении. Изучение пластинок алмазов выявляет их тонкую сложную зональность из-за различных дефектов структуры [59, 120]. Исследования алмазов методами поляризационной микроскопии и лазерной томографии показывают, что большинство кристаллов имеют сложное внутреннее строение [118], что свидетельствует о нестабильных условиях роста. В результате ряда исследований выявлено, что в начале происходил рост индивидов с желто-зеленой люминесценцией преимущественно по нормальному механизму [27, 121]. Далее механизм роста сменился на тангенциальный и образовывались зоны с голубой, а затем розовой фотолюминесценцией. Завершался рост нелюминесцирующей областью [82]. Распространенность зональных кристаллов, рост их в неравновесных условиях говорят о кристаллизации алмазов в изменяющейся окислительно-восстановительной обстановке при флюидном воздействии [122,123]. Проведенные работы по определению состава газовых включений в алмазах в общих чертах позволяют оценить состав флюида в процессе алмазообразования, он отвечает системе C-O-H-N [122, 124,125, 126]. Неоднородность алмаза позволила проследить весь процесс образования кристаллов в динамике и выделить в общем геохимическом цикле отдельные эгапы алмазообразования [27, 38, 81, 121]. Как минимум два этапа природного роста алмазов, связанных с различием флюидного режима, показал в своей работе В.И. Ваганов [126]. Наличие большой базы данных по комплексному исследованию алмазов различных месторождений дает возможность выявить некоторые закономерности распределения примеси азота по объему кристаллов и процесса алмазообра-зования. Исследование большого числа алмазных пластинок В.В. Бескрованову [27] позволило сделать следующий вывод: близость кристалломорфологиче-ских и физических особенностей отдельных областей неоднородных кристаллов и целых однородных индивидов алмаза свидетельствуют об их генезисе в родственных условиях. Поэтому в основу данного анализа положены определения оптико-спектроскопических характеристик внутренних зон неоднородных алмазов по свойствам кристаллов, в которых такие зоны преобладают. По сходству характеристик выделены однородные по свечению индивиды, выросшие в условно тех же условиях и в одно и то же время [9]. Полученные результаты распространены на все кристаллы, обладающие подобными центральными зонами. Такой подход дает возможность получить информацию о внутренних областях неоднородных кристаллов без их разрушения. Из результатов термобарических экспериментов [38, 49, 58, 60, 128] известно, что широкий диапазон концентраций и разнообразие сочетаний С-, Л-, В- и Р-дефектов в природных алмазах отражают определенную стадию взаимопревращений дефектов. Так отжиг природных и искусственных алмазов при 16(Ю-2000"С и 5,5-6,5 ГПа в течении 30-60 мин приводит к переходу С-центра в Л-дефект [127]. Увеличение температуры и продолжительности отжига приводит к образованию из А-центра дефектов В, Р и N3 [128]. Можно предположить подобную агрегацию и в природных алмазах. Следовательно, параметры (РТ) и длительность алмазо-образования могут быть отражены в степени агрегации азота — процентном содержании его в В-форме и размере Р [51]. Часть природных алмазов содержит в себе один или несколько различных по объему внутренних фантомов, но много и однородных по строению и свечению кристаллов. Около 70% исследованных неоднородных по строению и свечению кристаллов имеют внутренние области с явно выраженными пирамидами роста куба. Цвет ФЛ этих областей, как правило, желто-зеленый или оранжевый, обусловленный центрами люминесценции группы S. Для кристаллов, в объеме которых преобладают такие зоны, характерны малые коэффициенты поглощения полос основных дефектов, не превышающие 12 см"1, причем кл(і282) кв(П75)(рис. 12, б; 15, а; 21, а). В однородных по строению и свечению кристаллах с данными характеристиками Р-полосы не регистрируются, а коэффициенты поглощения А- и В-центров изменяются от 3 до 8 см"1. Окраска этих кристаллов часто коричневая, в спектре поглощения видимой области регистрируется полоса, характерная для пластически деформированных кристаллов. У части кристаллов наблюдается совместный рост пирамид куба (желто-зеленая, оранжевая ФЛ) и октаэдра (синие свечение), образующих секториальное строение. Схема свечения такого кристалла известна как «мальтийский крест». Коэффициенты поглощения основных дефектов в алмазах, прекративших свой рост на области с синей ФЛ, несколько выше (рис. 15, б) чем для первой группы. Полосы Р-центра в них слабые, максимум расположен около 1362 см , что свидетельствует о высокой степени агрегации азота и больших размерах пластинок [51].
Кристаллы, в которых преобладают области с синей ФЛ, или однородные индивиды с синей ФЛ, характеризуются коэффициентами поглощения основных дефектов до 20 см"1, причем кА кц к., а максимум полосы Р-центра смещается на 1365 см . Последующие области неоднородных кристаллов имеют фиолетовую, розово-фиолетовую или оранжевую фотолюминесценцию и росли по тангенциальному механизму. Полученные результаты хорошо согласуются с опубликованными данными [27, 121].Изменение цвета ФЛ кристаллов с фиолетового на розово-оранжевый вызвано повышением в спектре интенсивности дефектов 640 нм, 575 нм и других, производных от С-центра. На примере однородных алмазов трубок Мир, Интернациональная и Сытыканская определялись зависимость положения максимума поглощения Р-полосы (рис. 37, а) и красной компоненты в спектре ФЛ (рис. 37, б) от общей концентрации азота.
Из рисунка 37 видно, что с ростом общей концентрации азота увеличивается красная компонента в спектре ФЛ и максимум полосы Р-центра сдвигается к 1370 см 1. То есть, при увеличении общего содержания примеси азота наблюдается смена с синей на фиолетовую и затем на розовую ФЛ. Смещение максимума Р-полосы от 1364 см"1 в кристаллах с сине-фиолетовой ФЛ до 1370 см"1 с розовой ФЛ, свидетельствует об уменьшении размеров плейтелетс и, предположительно, о сокращении времени или температуры ростовых и постростовых процессов. Встречаются кристаллы с зеленой ФЛ, вызванной НЗ-центрами, но по процентному содержанию азота в А- и В-форме, а также по положению Р эти индивиды приближены к алмазам с сине-фиолетовой ФЛ. Вероятно, они претерпели отжиг после пластической деформации в постростовой период, но возникли в период роста кристаллов с синей или фиолетовой люминесценцией. В алмазах из отдельных месторождений (трубки Ботуобинская, Нюрбинская, Айхал) наблюдается резкая смена механизма роста 111 на 100 в виде «оболочки» кристаллов IV разновидности по ЮЛ. Орлову. Окраска таких кристаллов - желто-зеленая. В спектрах поглощения видимой области регистрируются полосы С-центра, причем «оболочка» относится к типу lb, а центральная область кристалла - 1а. ФЛ таких кристаллов розовая, интенсивность свечения — слабая. Каждый последующий этап алмазообразования характеризуется более высокими концентрациями азота по сравнению с предыдущим в индивидах из каждого исследованного нами коренного месторождения. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что безазотные кристаллы алмаза являются наиболее ранними образованиями. В основном это бесцветные и коричневые, пластически деформированные индивиды. Ю.Л. Орлов отмечал, что большая часть бесцветных алмазов первой разновидности, очевидно, кристаллизуются раньше, чем окрашенные в желтый цвет, так как последние исключительно редко наблюдаются в виде включений в бесцветных алмазах [29], что подтверждает наши предположения.
