Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий геологический очерк о строении Архангельской алмазоносной провинции (ААП) 15
1.1. История открытия ААП 15
1.2. Геологическое положение и строение ААП 17
1.3. Месторождение им. М.В. Ломоносова (Золотицкое поле) 36
1.4. Месторождение им. В. Гриба (Верхотинское поле) 43
1.5. Неалмазоносные и слабоалмазоносные кимберлиты
и родственные им породы 47
Глава 2. Общие сведения о минералогии алмаза (литературные данные) 49
Глава 3. Общие сведения.об алмазе из тел Архангельской алмазоносной провинции 71
3.1 Алмаз из тел Золотицкого поля 71
3.2 Алмаз из тел Верхотинского поля 84
3.3. Алмаз из слабо- и убогоалмазоносных тел Кепинского и Ижмозерского полей 87
3.4. Выводы 93
Глава 4. Морфология, внутреннее строение и другие важнейшие характеристики кристаллов алмаза из месторождения-трубки им. В. Гриба и кимберлитовой трубки им. Карпинского-1 месторождения им. М.В. Ломоносова Архангельской алмазоносной провинции 95
4.1. Объекты и методы исследований 95
4.1.1. Объекты исследований 95
4.1.2. Методы исследований 96
4.2. Алмаз из кимберлитовой трубки им. В. Гриба 101
4.2.1. Общее описание кристаллов 101
4.2.2. Морфология кристаллов 113
4.2.3. Микрокристаллы алмаза
4.2.4. Микроморфология поверхности кристаллов алмаза
4.2.5. Физические свойства и внутреннее строение кристаллов
4.2.5.1. Фотолюминесценция (ФЛ)
4.2.5.2. Примесные центры азота, водорода и плейтелетс
4.2.5.3. Внутреннее строение кристаллов алмаза
4.2.5.4. Электронные парамагнитные центры (ЭПР) в алмазе
4.2.5.5. Другие примесные химические элементы в алмазе
4.2.5.6. Минеральные включения в алмазе
4.2.5.7. Изотопный состав углерода алмазов
4.2.5.8. Дискретность алмазообразования и условия кристаллизации алмаза в трубке им. В. Гриба
4.3. Алмаз из кимберлитовой трубки им. Карпинского-1
4.3.1. Общее описание кристаллов
4.3.2. Морфология кристаллов
4.3.3. Мелкие кристаллы алмаза
4.3.4. Микроморфология поверхности кристаллов алмаза
4.3.5. Физические свойства и внутреннее строение кристаллов
4.3.5.1. Люминесценция в УФ области и фотолюминесценция
4.3.5.2. Примесные центры азота, водорода и плейтелетс
4.3.5.3. Внутреннее строение кристаллов алмаза
4.3.5.4. Электронные парамагнитные центры (ЭПР) в алмазе
4.3.5.5. Минеральные включения в алмазе
4.3.5.6. Изотопный состав углерода алмазов
4.3.5.7. Дискретность алмазообразования и условия кристаллизации алмаза в трубке им. Карпинского-1
Глава 5. Краткая сравнительная характеристика типоморфных особенностей кристаллов алмаза из трубок им. В. Гриба, им. Карпинского-1 и некоторых важнейших алмазоносных кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции (ЯАП) 251
5.1. Краткая сравнительная характеристика типоморфных особенностей кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 251
5.2. Краткая сравнительная характеристика типоморфных 1 особенностей кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба, им. Карпинского-1 ААП и кимберлитовых трубок Мир, Удачная, Комсомольская, Нюрбинская, Айхал ЯАП 258
Заключение 277
Список литературы
- Геологическое положение и строение ААП
- Алмаз из слабо- и убогоалмазоносных тел Кепинского и Ижмозерского полей
- Микроморфология поверхности кристаллов алмаза
- Краткая сравнительная характеристика типоморфных 1 особенностей кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба, им. Карпинского-1 ААП и кимберлитовых трубок Мир, Удачная, Комсомольская, Нюрбинская, Айхал ЯАП
Введение к работе
Изучение алмаза продолжается на протяжении более 100 лет. За это время сделаны многие значимые открытия, получены принципиальные результаты по морфологии, физическим свойствам алмаза, составу включений в этом минерале, содержанию дефектов, изотопному составу и т.д. Эти и другие вопросы рассмотрены в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных ученых (Орлов, 1963; Бартошинский, 1983; Соболев, 1974, 1986, 1989; Галимов, 1978, 1984, 1991; Гаранин, 1989; Джейке, 1989; Бескрованов,. 1991; Марфунин и др., 1991; Буланова и др., 1993;' Квасница и др., 1999; Богатиков и др., 1999; Ваганов, 2002; Кудрявцева и др., 2005; Foley, 1985; O'Neill, 1987; Deines et al., 1987; Kirkley et al., 1991; Cartigny, 2001; Chapman, 2004; Navon, 2006 и др.).
С практической точки зрения алмаз - не только красивый элемент ювелирных изделий, но и инвестиционно-экономическая единица, ценный технический материал. С научной точки зрения алмаз чрезвычайно информативен и интересен для изучения как глубинных (мантийных), так и малоглубинных процессов. Несмотря-на продолжительную историю изучения этого минерала, многие вопросы, касающиеся источников вещества, условий образования, типоморфизма алмаза, остаются невыясненными.
К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли. Коренные источники алмаза, в основном, приурочены к кратонам древних платформ - Индийской, Китайской, Сибирской, Восточно-Европейской, Африканской, Южно- и Северо-Американской, Австралийской. С 1966 г., когда был найден первый алмаз, страны Африки (ЮАР, Заир, Ботсвана и др.) являются основным регионом по запасам и алмазодобыче (85% алмазов общемировой добычи). В начале восьмидесятых годов алмазы ювелирного качества были найдены в лампроитах Австралии, страна занимает второе место по алмазодобыче. Перспективной является Канада. Для любой из стран одной из основополагающих сфер экономического, политического и стратегического развития является накопление резервов, в том числе, за счет открытия новых алмазоносных трубок, месторождений и целых провинций. Россия также занимает ведущее место в Мире по разведанным запасам алмаза и прогнозным ресурсам. На территории России выделено две алмазоносные провинции - Якутская (ЯАП, Сибирская платформа) и Архангельская (ААП,
Восточно-Европейская платформа). В Якутии выделено 8 алмазоносных районов, объединяющих 22 кимберлитовых поля, в состав которых входит более 1200 кимберлитовых тел. Наиболее значимые среди них -промышленные месторождения-трубки Мир, Удачная, Интернациональная, Айхал, Юбилейная, Сытыканская, Комсомольская и другие. На сегодняшний день многие алмазные месторождения Якутской провинции близки к исчерпанию.
Открытая в 1980 году Архангельская алмазоносная провинция является перспективной для обнаружения новых месторождений алмаза и разработки уже существующих. Обнаружение алмазоносных объектов в европейской части России дало мощный толчок в изучении кимберлитов, родственных им пород и самих алмазов на территории Архангельской алмазоносной провинции (далее ААП). Этому посвящены следующие работы: Соболев и др., 1989; Захарченко и др., 1990; Махин, 1991; Бартошинский, 1992; Галимов, 1994; Побережская, 1995; Саблуков, 1995; Минеева и др., 1996; Богатиков и др., 1999; Вержак, 2001; Веричев, 2002; Головин, 2003; Кудрявцева и др., 2005. За последние 25 лет на территории ААП с наибольшим вниманием изучались кимберлитовые трубки месторождения им. М.В. Ломоносова (Золотицкое поле), которые относятся^к среднеалмазоносным; трубка Архангельская запущена в эксплуатацию с 2005 года. За 2,5 года переработано более 2 млн. тонн руды. В 1996 году в Верхотинском поле ААП была открыта кимберлитовая трубка им. В. Гриба, которая также является среднеалмазоносной, но ее алмазный потенциал выше трубок месторождения им. М.В. Ломоносова. Сегодня готовится ТЭО на разработку этого месторождения.
Актуальность темы исследований
К настоящему времени исследователями из разных стран мира определен весьма широкий набор типоморфных особенностей алмаза -морфология, внутреннее строение, фотолюминесценция, спектры ЭПР, изотопный состав углерода, рентгенолюминесцентные особенности, распределение примесных оптически-активных центров, минералогия и химический состав включений в алмазах и др. Типоморфные особенности алмаза являются индивидуальными для каждого кимберлитового тела и заключают в себе важную генетическую информацию. Они могут использоваться в разработках научно-методических основ комплексного
криминалистического исследования, что является актуальным для устранения действий по незаконному обороту алмазов в мире. Параллельно с оценкой сортности алмазов типоморфные особенности позволяют получать представления о качестве алмазного сырья, как на стадии поисков, так и геолого-экономической оценки месторождений. " Результаты комплексного исследования алмазов-известных на сегодня кимберлитовых трубок и полей в целом, определение их типоморфных особенностей, исключительно важно для решения целого ряда задач на разных стадиях геологоразведочных работ, а также для поисков коренных источников алмазов.
Таким образом, сегодня весьма актуальным является комплексное изучение типоморфных особенностей кристаллов алмаза из месторождения-трубки им. В. Гриба, а также более детальное исследование алмаза из трубки им. Карпинского-1 (месторождение им. М.В. Ломоносова). Данное направление исследований чрезвычайно важно для понимания генезиса алмаза в Архангельской провинции.
Цели и задачи исследований
Цели:
Детальная характеристика алмаза из малоизученной кимберлитовой трубки им. В. Гриба (морфология, физические свойства, внутреннее строение, содержание дефектов, состав минеральных включений в алмазе, изотопный состав углерода и др.).
Сопоставление типоморфных особенностей алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 для выявления специфики их генезиса (источники вещества, условия кристаллизации, окислительно-восстановительный и температурный режим, тип парагенезиса алмаза и др.).
Конкретные задачи:
1. Базируясь на представительных коллекциях, изучить комплексом методов кристаллы алмаза из трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 - двух типичных представителей разных по петрохимическим и минералогическим параметрам месторождений ААП. Для этого:
- провести подробное морфологическое описание кристаллов алмаза (форма, размер, цвет, микроморфология поверхности, внутреннее строение, деформации, характер включений и др.);
- исследовать наиболее информативные физические свойства и другие важные особенности алмазов (фотолюминесценция, катодолюминесценция, распределение примесных центров, изотопный состав углерода, состав включений и др.).
2. Определить основные типоморфные признаки кристаллов алмаза
из каждой трубки и сопоставить их.
Фактический материал и объем проведенных исследований
Всего изучено 1642 образца, из них 173 кристалла были распилены для проведения детальных исследований внутреннего строения и анализа включений. Коллекции специально подобраны для решения конкретных научно-практических задач минералогического, генетического и поискового плана.
Из месторождения-трубки им. В. Гриба изучено: 700 кристаллов алмаза
размером более 0.5 мм, предоставленных ОАО
«АРХАНГЕЛЬСКГЕОЛДОБЫЧА»; 17 кристаллов размером менее 0.1 мм, извлеченных при дроблении кимберлита из трубки им. В. Гриба методом электроимпульсной дезинтеграции (Лаборатория месторождений алмаза геологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова); 113 плоскопараллельных пластинок и распиленных кристаллов алмаза, вырезанных по плоскостям (111), (101), (100) и распиленных через включения в алмазе (организация «Алмазный мир» АК «АЛРОСА-Москва»).
Из трубки им. Карпинского-1 изучено: 802 кристалла алмаза размером более 0.5 мм и 123 мелких алмаза размером от 0.5 до <0.2 мм, предоставленные ОАО «СЕВЕРАПМАЗ»; 60 плоскопараллельных пластинок и пришлифованных половинок кристаллов, изготовленных при распиливании алмазов по плоскостям (111), (100), (101) и через включения (организация «Алмазный мир» АК «АЛРОСА-Москва»).
Комплексное исследование алмазов включало детальное изучение следующих характеристик кристаллов: морфология, внутреннее строение, люминесцентное свечение, содержание примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс, содержание примесей редких элементов в алмазе, изотопный состав углерода алмазов, химический состав включений в алмазе. Исследования проведены комплексом неразрушающих и разрушающих методов. Неразрушающие: визуальное описание под бинокулярным
микроскопом МБС-10, универсальным оптическим поляризационным
микроскопом AxioPlan2 Imaging (Karl Zeiss) и растровым электронным
микроскопом JSM-820 фирмы «JEOL» (Япония). Методами
фотолюминесценции (ФЛ) и цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) изучены
особенности люминесцентного свечения кристаллов, а также их внутреннее
строение и распределение центров люминесценции по зонам роста.
Определение минералов-включений в алмазе проведено методом
комбинационного рассеяния (КР). Определение количественного химического
состава минералов-включений и картин распределения химических элементов
выполнены на микроанализаторе SX-1 фирмы «САМЕСА» (Франция) и
растровом электронном микроскопе JSM-820, снабженном
энергодисперсионным полупроводниковым детектором AN-85/10 S фирмы «LINK» (Великобритания) с компьютерной системой для обработки анализов. Изучение ИК-спектров алмазов проводилось на спектрофотометре Specord М-80 фирмы «Karl Zeiss, Jena» (Германия). На этом же приборе методом локальной ИК-спектроскопии получены содержания примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс с зон кристаллов алмаза размером 0.1-0.3 мм, выделенных при помощи диафрагмы по картинам ЦКЛ. Проведены исследования методами: электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), нейтронно-активационного анализа (НАА). Разрушающие: изотопный анализ углерода получен с помощью изотопного масс-спектрометра «Delta Plus» (Finnigan, Япония).
Достоверность результатов исследований подтверждается
представительностью аналитического материала:
минералогическое и морфологическое описание 1642 алмазов;
около 300 оптических и более 200 электронных растровых фотографий кристаллов и их поверхности;
более 120 изображений внутреннего строения кристаллов, выполненные на растровом электронном микроскопе в режиме цветной катодолюминесценции;
более 40 спектров фотолюминесценции;
10 спектров комбинационного рассеяния минералов-включений;
более 100 электронно-зондовых анализов минералов-включений;
более 500 ИК-спектров и более 1000 определений содержания дефектов азота, водорода и плейтелетс; '
62 анализа изотопного состава углерода в алмазах;
15 анализов ЭПР-спектров;
33 анализа редких элементов в алмазе методом нейтронной активации. Подготовка образцов проводилась в соответствии с требованиями
каждого определенного метода исследований. При обработке результатов аналитических исследований, построении диаграмм, гистограмм и рисунков были использованы оригинальные и стандартные компьютерные программы.
Научная новизна и практическая значимость работы
Впервые проведено комплексное изучение кристаллов алмаза из недавно открытой кимберлитовой трубки им. В. Гриба: получены новые данные по их морфологии, физическим свойствам и внутреннему строению.
Впервые подробно изучено внутреннее строение кристаллов алмаза из трубки им. Карпинского-1 и распределение дефектов азота, водорода и плейтелетс по зонам роста. Дополнены исследования морфологии и физических свойств алмазов из трубки им. Карпинского-1 широким спектром методов исследования.
Выявлена дискретность процесса кристаллизации алмаза в трубках.
Практическая значимость исследований заключается: в установлении отличительных признаков алмаза кимберлитовой трубки им. В. Гриба и им. Карпинского-1 ААП; в изучении возможности восстановления условий генезиса алмаза, используя совокупность его свойств и характеристик; в использовании полученных результатов исследований для поиска алмазных месторождений в европейской части России; в создании электронной базы данных, состоящей из таблиц минералогического описания кристаллов, приложения с результатами исследований, фотокаталога кристаллов' алмаза с пояснением к каждой фотографии.
Защищаемые положения:
Условия роста кристаллов алмаза из трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1 были различны и менялись в процессе кристаллизации, что отразилось на морфологических особенностях кристаллов (размер, форма, характер поверхности), сохранности, физических свойствах (цвет, выявленная по фотолюминесценции зональность), их внутреннем строении (смена нормального механизма роста на тангенциальный) и неоднородном распределении структурных дефектов (азота, водорода, плейтелетс). В трубке им. Карпинского-1 неоднородность внутреннего строения кристаллов алмаза проявлена более контрастно,' что обусловлено неоднократной сменой условий кристаллизации. В трубке им. В. Гриба кристаллы более однородны по внутреннему строению.
Алмаз в трубках им. В. Гриба и им. Карпинского-1 представлен по меньшей мере двумя генерациями, что свидетельствует о дискретности алмазообразования. Многие кристаллы имеют сложное строение: состоят из алмаза-зародыша первой генерации- и автоэпитаксически наросшего алмаза второй генерации, часто различающихся по форме, внутреннему строению, содержанию дефектов и изотопному составу углерода.
Состав минеральных включений в кристаллах алмаза свидетельствует о разном субстрате их роста: преимущественно перидотитовом под трубкой им. В. Гриба и перидотит-эклогитовом под трубкой им. Карпинского-1, что сопровождается различием изотопного состава углерода в них.
Апробация работы Материалы по теме диссертации опубликованы в 8 статьях и тезисах 8 докладов, в том числе доложены на Годичной сессии Московского отделения Минералогического общества России «120 лет со дня рождения академика А.Е. Ферсмана» (Москва, 2003); 32nd International Geological Congress (Италия, 2004); «Алмазодобывающая промышленность России»: к 50-летнему юбилею г.
Мирный (Мирный, 2005); VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2007); XV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (Черноголовка, 2007); XVII Симпозиуме по геохимии изотопов (Москва, 2007). Результаты исследований внедрены в практику работ производственно-геологических организаций г. Архангельска: ОАО «Архангельскгеолдобыча», ЗАО «Архангельскгеолразведка», ОАО «Севералмаз», АК «АЛРОСА-Поморье». Семь статей опубликованы в реферируемых журналах. Материалы диссертации использованы при написании монографии «Атлас: морфогенез алмаза и минералов-спутников в кимберлитах и родственных породах Архангельской алмазоносной провинции» (авторы: Кудрявцева Г.П., Посухова Т.В., Гаранин В.К. и др. Изд-во «Полярный круг». Москва. 2005).
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Включает 349 страниц текста, 150 рисунков и 3J. таблицу, а также список литературы из 161 публикации отечественных и зарубежных авторов. В Приложении находятся фотографии некоторых изученных кристаллов алмаза, фотографии микроморфологии их поверхности, таблицы содержания примесных дефектов азота, водорода и.плейтелетс, фотографии и спектры фотолюминесценции, ЭПР-спектры, фотографии включений в алмазе, картины внутреннего строения кристаллов и другое.
Краткое содержание работы
Во введении сформулирована актуальность постановки темы, определены цель и задачи диссертационной работы, отмечена ее научная новизна и практическая значимость.
В главе 1 на основании литературных источников кратко изложены: история открытия, геологическое строение и состояние изученности Архангельской алмазоносной провинции (ААП). Описаны: размещение и строение трубок месторождения им. М.В. Ломоносова и месторождения-трубки им. В. Гриба, дана минералогическая характеристика их пород.
В главе 2 кратко изложены основные литературные сведения об алмазе: морфология кристаллов, размерно-весовые характеристики, физические свойства, особенности внутреннего строения, общие сведения о
генезисе алмаза, изучении включений в алмазе и др. Изложена основная проблематика в изучении алмаза: рост, источники вещества, специфика алмазных парагенезисов и другое.
В главе 3 представлена общая информация об основных характеристиках алмаза из среднеалмазоносных и убогоалмазоносных тел Золотицкого, Верхотинского, Кепинского и Ижмозерского полей ААП.
В главе 4 представлены результаты оригинальных исследований кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба и им. Карпинского-1. Изучены следующие особенности кристаллов: морфология, микроморфология поверхности, внутреннее строение, некоторые физические свойства, изотопный состав углерода и другие. Получен химический состав минералов-включений, определен преобладающий парагенезис алмаза. Приведены результаты сравнительного анализа кристаллов алмаза из двух трубок. Подтверждено предположение о различных условиях образования алмаза в трубках и неоднократном изменении условий роста в процессе кристаллизации. Доказаны дискретность природного алмазообразования в данных трубках и присутствие по меньшей мере двух генераций алмаза.
В главе 5 на основании литературных источников и оригинальных исследований дана краткая сравнительная характеристика алмазов из кимберлитовых трубок им. В. Гриба, им. Карпинского-1 ААП и трубок Удачная, Комсомольская, Мир, Нюрбинская и Айхал ЯАП.
В заключении сформулированы основные выводы по результатам исследований, намечены перспективы дальнейшего изучения алмазов ААП.
Работа выполнена на кафедре минералогии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и институте Геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН). Ряд исследований проведен в ВНИИСИМС, ЦНИГРИ и на Физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям: д.г.-м.н., заведующему Лабораторией месторождений алмаза В.К. Гаранину и д.г.-м.н., академику РАН, профессору МГУ им. М.В. Ломоносова, директору ГЕОХИ РАН Э.М. Галимову за высокую профессиональную помощь и консультации в процессе проведения научно-исследовательской работы, обработки и
обобщения полученного материала, а также за проявленное доверие и всестороннюю поддержку в научных начинаниях.
Автор с уважением и добрыми чувствами помнит и чтит память своего первого учителя, геолога-алмазника, д.г.-м.н. Галины Петровны Кудрявцевой, которая оказала неоценимое влияние на научный рост диссертанта и всегда была примером для достижения новых высот в науке.
Автор выражает глубокую признательность д.г.-м.н. А.А. Ульянову, д.г.-м.н. И.В. Пекову, к.г.-м.н. О.В. Кононову и к.г.-м.н. Т.В. Посуховой за исчерпывающие консультации в процессе проведения исследовательских и аналитических работ, а также за ценные советы и дополнения к диссертации.
За помощь в выполнении и оформлении работы, консультации и поддержку автор выражает искреннюю благодарность к.г.-м.н. Г.И. Бочаровой, к.г.-м.н. К.В. Гаранину, к.г.-м.н. А.В. Бовкун.
Автор благодарен коллективам кафедры минералогии, кристаллографии и петрографии Геологического факультета МГУ за огромную помощь в проведении исследований алмаза в лабораториях: спектроскопии комбинационного рассеяния - к.г.-м.н. М.Ф. Вигасиной; электронно-зондового анализа - И.А. Брызгалову; экспериментальной термодинамики и термохимии минералов - вед.н.с. И.А. Киселевой, ст.н.с. Л.В. Мельчаковой и ст.н.с. Л.П. Огородовой.
Автор выражает особую благодарность исследователям института ГЕОХИ РАН: за помощь в изучении состава минералов-включений на электронном микрозонде - к.х.н. Н.Н. Кононковой; за обучение работе на изотопном масс-спектрометре и проведение анализа изотопного состава углерода - заведующему лабораторией масс-спектрометрии к.г.-м.н. B.C. Севастьянову; за помощь в проведении нейтронно-активационного анализа -к.г.-м.н. Г.М. Колесову.
Автор восхищается профессионализмом и выражает признательность' за проведение измерений ИК-спектров кристаллов алмаза и подсчет концентраций дефектов в алмазе сотруднику ЦНИГРИ, к.г.-м.н. Г.К. Хачатрян.
Автор благодарен коллективам филиала АК «АЛРОСА» в г. Архангельске «АЛРОСА-Поморье», ЗАО «Архангельскгеолразведка», ОАО «Архангельскгеол-добыча» и ОАО «Севералмаз», в частности, к.г-.м.н. Е.М. Веричеву, к.г-.м.н. Н.Н. Головину, к.г-.м.н. В.В. Вержаку, к.г-.м.н. СМ. Безбородову за доверие и оперативность в предоставлении коллекций кристаллов алмаза.
Геологическое положение и строение ААП
Архангельская алмазоносная провинция расположена на расстоянии 150 км на север - северо-восток от города Архангельска в пределах активной континентальной окраины (северной части Восточно-Европейской платформы), что обусловливает специфику образования и эволюции магматических тел, обнаруженных на этой территории. Кимберлитовыи магматизм и связанные с ним месторождения алмазов на территории Архангельской алмазоносной провинции (ААП) следует рассматривать как результат развития регионального щелочного магматизма, охватывающего всю северную часть Восточно-Европейской платформы.
ААП находится в зоне сочленения Русской плиты и Балтийского щита и содержит фрагменты обеих структур, как в фундаменте, так и в осадочном чехле [12]. Выделяются два комплекса пород - архей-нижнепротерозойский кристаллический фундамент и осадочный чехол, сложенный терригенными образованиями рифейского и вендского возраста, и в меньшей части -карбонатными и терригенными осадками палеозоя и кайнозоя. Мощность осадочного чехла во впадинах кристаллического фундамента достигает 3-4 км, на выступах уменьшается до 0,5-1,2 км [12].
Главные структуры фундамента, определяющие размещение проявлений щелочно-ультраосновного магматизма, следующие: Архангельский выступ, Керецкий грабен, Товский выступ, Падунский грабен, Ручьевский выступ, Лешуконский грабен и Полтинско-Ежугская зона поднятий. Кимберлиты приурочены к поднятым блокам кристаллического фундамента Товскому и Ручьевскому. В пределах Товского выступа расположены промышленные месторождения алмаза. Трубки оливиновых мелилититов размещаются в пределах указанных выше поднятий совместно с кимберлитами, на их продолжении в Полтинско-Ежугской зоне поднятий, и в Керецком грабене. Трубки толеитовых базальтов расположены в пределах Керецкого, Лешуковского грабенов и Полтинско-Ежугской зоны поднятий Мезенской синеклизы. Все известные трубки ААП находятся в зонах сочленения глубинных субмеридиональных разломов и субширотных нарушений, что определяет их вытянутую в северо-восточном направлении форму.
Сейчас в провинции насчитывается более 100 тел, сложенных щелочно-ультраосновными породами (кимберлитами, пикритами и оливиновыми мелилититами), карбонатитами и толеитовыми базальтами (табл. 1), из которых 7 тел на сегодняшний день относятся к объектам с промышленной алмазоносностью - это шесть трубок месторождения им. М.В. Ломоносова и месторождение-трубка им. В. Гриба (рис. 1, 2).
В пределах ААП выделяются четыре перспективных алмазоносных района: Зимнебережный, Онежский, Канино-Тиманский и Двинской [40]. Основной алмазоносный район - Зимнебережный, в пределах которого находятся два месторождения [40]. Схема тектонического строения района Зимнего Берега представлена на рис 1.
На территории Зимнебережного алмазоносного района по характеру пространственного размещения объектов магматизма выделено 8 полей щелочно-ультраосновных пород (рис. 2, табл. 1). В пределах структур Балтийского щита выделяют - Золотицкое поле развития кимберлитов; Верхотинское и Кепинское поля кимберлитов, пикритов и мелилититов; Ижмозерское и Ненокское - мелилититов; Мельское поле кимберлит-карбонатитового магматизма; Турьинское, Полтинское, Пинежское - поля развития толеитовых базальтов [12].
Средне- и высоколмазоносные трубки, выполненные кимберлитами; сосредоточены в пределах Золотицкого (в том числе месторождение им. М.В. Ломоносова) и Верхотинского поля (месторождение им. В. Гриба) (рис. 2). Трубки и силлы кимберлитов, пикритов, оливиновых мелилититов и базальтов других полей являются слабо- и неалмазоносными: содержание алмазов от единичных мелких кристаллов до 0,1 кар/т. В оливиновых мелилититах Ненокского поля алмазы не установлены.
В соответствие с работой [43], учитывающей не только особенности плоскостного распределения объектов магматизма в полях и минеральный состав пород, но и данные сейсмо-, гравио-, магниторазведки и всего комплекса тектонических структур, контролирующих проявления магматизма на территории Зимнебережья, следует выделять только два потенциально-алмазоносных поля: Верхотинское (приурочено к Ручьевскому выступу) и Золотицко-Кепинское (локализовано в пределах Товского выступа) [43].
Алмаз из слабо- и убогоалмазоносных тел Кепинского и Ижмозерского полей
Шочинская группа тел (трубки Шоча и Ольгинская). Кристаллы алмаза представлены следующими формами (по [81]): 50% отнесены к IV группе (округлые додекаэдроиды с различными скульптурами растворения), 25% - к III (комбинационные кристаллы ряда октаэдр-додекаэдр) и 25% кристаллов в равных долях к I, II и X группам.
Вес кристаллов колеблется от 0,005 до 0,03 карата. Степень сохранности исследованных образцов невысокая - обломки кристаллов составляют 42%. Характерно повышенное содержание кристаллов октаэдрического и ОД габитуса (90%). По степени искажения кристаллы более изометричны, чем алмазы из тел Кепинско-Пачугского куста. Около 2/3 составляют бесцветные кристаллы, среди окрашенных примерно в равных долях желтые, светло-коричневые и коричневые алмазы [40]. Среди алмазов из тел Шочинского куста наименьшее число трещиноватых кристаллов ( 35%). Включения присутствуют в 50% образцов [40]. Пачугская группа тел (трубки Степная, Пачуга, Ан-494а, 693, 695). В соответствии с морфологической классификацией [81] кристаллы алмаза Пачугской группы тел отнесены к I (4%), II (22%), III (41%), IV (9%) и VI (24%) группам. Характерно повышенное содержание кристаллов октаэдрического (17%) и переходного ОД габитуса (35%) (рис. 20). Среди октаэдров встречаются острореберные гладкогранные кристаллы (трубки 693 и 695), груболаминарного строения с треугольными ямками травления (трубка Степная - 688). Для поверхностей додекаэдра характерна тонкая параллельная или сноповидная штриховка, шагрень. Алмазы Пачугской группы тел имеют лучшую сохранность (растворенные кристаллы менее 20%) (рис. 20, 21). Отличительная особенность алмазов из тел Пачугской группы - высокое содержание полупрозрачных кристаллов (76.1%) по сравнению с алмазом из других тел Кепинского поля (55%). Черные включения встречаются в более 50% кристаллов [40].
В трубке Пачуга преобладают додекаэдроиды (45.7%), присутствуют ОД кристаллы (17.7%), содержание кубов и тетрагексаэдров менее 1% [40]. В отличие от алмазов Шочинского куста преобладают изометричные и слабо искаженные кристаллы. Доля бесцветных алмазов в трубке Пачуга составляет 53.1% [89]. Среди окрашенных кристаллов наиболее распространены дымчатые. Черные очень редки. Преобладают кристаллы алмаза с низкой интенсивностью рентгеновской люминесценции (I = 15 104). Доля такого алмаза в трубке Пачуга 37.4% [89]. Значительное количество ОД кристаллов (8.3%) установлено для трубки Ан-494а, а тетрагексаэдров - для трубки Ан-694.
Соянская группа тел (трубка Ан-734). По данным геологоразведки реальная алмазоносность трубки Ан-734 чрезвычайно низкая. Однако в изученной [40] выборке граната из трубки выявлен большой процент ( 10%) высокохромистого и низкокальциевого пиропа из алмазоносных дунитов и N. гарцбургитов, что свидетельствует о высокой потенциальной алмазоносности трубки Ан-734, сравнимой по запасам алмаза с трубкой им. В. Гриба. При изучении алмаза отмечено, что кристаллы интенсивно растворены и подвержены деформации: ямки, холмики, каналы и трещины, полосы пластических деформаций [40] (рис. 20, 21). В трубке Ан-734 повышено количество додекаэроидов, тетрагексаэдроидов и кристаллов неправильной формы (искаженных кривогранных алмазов и их обломков).
Характерными морфологическими признаками округлых кристаллов являются сноповидная скульптура, диагональная слоистость на октаэдрических гранях, плоскодонные выступы, представляющие фрагменты дитригональных слоев. Имеются убедительные доказательства образования подобных скульптур при растворении алмаза на начальных стадиях процесса, поскольку при потерях исходной массы более чем на 10%, фигуры травления на гранях {111} исчезают, и формируется слоистость растворения [40].
Особенность алмаза из трубки АН-734 - присутствие вростков мелких октаэдрических индивидов в более крупные кристаллы [43]. С одной стороны, присутствие микрокристаллических вростков и обилие сростков разновеликих индивидов указывает на возможность кристаллизации нескольких генераций алмаза [40, 43].
Характеристика алмаза из трубки Чидвия Ижмозерского поля. Мелкие (менее 0,1 мм) кристаллы со следами растворения (штриховка, каналы травления). Обнаружены два додекаэдроида и кристалл переходного габитуса кубо-тетрагексаэдроид (рис. 21). На всех кристаллах отмечаются следы деформаций - блоковое строение или холмисто-блоковый рельеф. Кристаллы бесцветные прозрачные с желтым оттенком,
Таким образом, обобщая сведения об алмазе из тел Ижмозерского и Кепинского полей можно отметить следующие его особенности [12, 40, 43, 63, 89]: - высокая доля кристаллов мелких классов -0,5 мм и -1+0,5 мм; - доминируют алмазы додекаэдрического габитуса (59%) и переходной формы октаэдр-ромбододекаэдр (25%). Октаэдры встречаются редко (11 %); - низкая сохранность: более половины алмазов представлены обломками неправильной формы искаженных кривогранных кристаллов. В мелких классах ( 1 мм) доля целых кристаллов возрастает, в том числе кристаллов октаэдрического габитуса; - широкое развитие деформационных структур: большинство кристаллов (35-47%) уплощены по оси третьего или второго порядка, число изометричных кристаллов 20-38%; - повсеместно (примерно треть всех кристаллов) проявлены следы коррозии и растворения: каверны, каналы травления, ямки. Преобладают округлые кристаллы. Соотношение числа кристаллов со следами травления для каждого куста различно;
Микроморфология поверхности кристаллов алмаза
В мелких классах уменьшается содержание октаэдров, а также двойников, искаженных алмазов и кристаллов с сине-голубой, фиолетовой фотолюминесценцией. Повышается количество гладкогранных бездефектных кристаллов.
Додекаэдры. Среди додекаэдров можно выделить: индивиды III группы [7] -полуокруглые додекаэдроиды с подчиненными гранями октаэдра и VI группы -округлые додекаэдроиды. . Большинство додекаэдроидов средне- и тонколамйнарные с занозистой и шагреневой скульптурами (типы ПІ/3, 111/4, VI/1, VI/2) (рис. 38). Также встречаются груболаминарные додекаэдроиды с мозаично-блоковой скульптурой (тип 111/10) и скрытоламинарные индивиды с каплевидно- . блоковой скульптурой (тип VI/5) (рис. 38). Особенности додекаэдров: - повышено количество индивидов со сложным искажением; - увеличенная относительная доля кристаллов коричневой окраски; . - повышенное количество пластически деформированных индивидов; - высоко содержание додекаэдров с холмисто-блоковым;строением:
Алмазы переходного (октаэдр-додекаэдр) габитуса занимают промежуточное положение между октаэдрами и додекаэдрами. Близки к октаэдрическим по характеру искажения и двойникованйя, повышенному содержанию индивидов с пятнами пигментации (рис. 38). Основные отличия: очень мало кристаллов, сложенных дитригональными слоями (группа II), значительно больше индивидов с признаками груболаминарного полицентрического роста, повышено относительное количество тонколаминарных кристаллов , со сноповидно-занозистой штриховкой (тип III/3) и с сочетанием занозистой и шагреневой скульптур (тип III/4) (рис. 37).
Алмазы кубического габитуса (VIII группа) разные по цветовым характеристикам: серые, черные, желтые и бесцветные. Присутствуют своеобразные кристаллы близкие к скелетным по форме (рис. 39) - индикаторы кристаллизации в условиях быстрого; падения температуры и большого пересыщения среды минералообразования углеродом. Признаки, характерные для алмазов кубического габитуса: - плохая сохранность (высокое содержание индивидов с природными сколами, трещинами); - большинство кристаллов изометричные; - значительно число своеобразных скелетных форм и кристаллов комбинационной формы куб-октаэдр; - высокая доля кубических кристаллов прорастания; - относительно повышенное количество окрашенных кристаллов, особенно желтых, с серым и желтым нацветом; і - отсутствуют алмазы с сингенетическими черными рудными включениями.
Среди алмазов-кубов часто встречаются кристаллы с зональностью. В: УФ- лучах зональность выражена чередованием полос с ярко-желтым, ярко-зеленым и слабым неопределенным свечением (рис. 39).
Алмаз псевдокубического габитуса относится к типам 11/3 и II1/8: Общие признаки псевдокубов сходны с таковыми для алмазов кубического габитуса: мало искаженных кристаллов, характерны двойники прорастания; желтый и зеленый цвета фотолюминесценции. Присутствуют кристаллы, которые совмещают внешние особенности кубов и псевдокубов, т.е. тонкую параллельную штриховку на реберных частях, блоковую скульптуру на гранях куба с микроскульптурой в виде тонкой шагрени и мелких квадратных ямок травления и остатки треугольных октаэдрических граней в вершинах (рис. 39).
Псевдогемиморфные кристаллы алмаза (группа VII) чаще всего состоят из октаэдрической и додекаэдрической частей (рис. 39), характеризуются сложным искажением. По высокому содержанию бесцветных индивидов, алмазы VII группы близки к октаэдрам, по доле индивидов коричневой окраски и особенностям фотолюминесценции - к додекаэдроидам. Отмечено, что рктаэдрическая часть псевдогемиморфных кристаллов развита лучше (является более идиоморфной) в отличие от додекаэдрической, которая часто редуцирована.
Алмазы - вершинники (V группа) представлены бесцветными, серыми, реже черными алмазами типа октаэдр-додекаэдр с прозрачными вершинами;, выступающими над поверхностью граней: Содержание не превышает 1%, что значительно ниже, чем в трубках месторождения им. М.В. Ломоносова (6-11%).
Поликристаллические сростки отличаются разнообразием формы слагающих индивидов (рис. 26, 27). Кроме индивидов типа октаэдр ромбододекаэдр (включая гладкогранные острореберные октаэдры) в поликристаллических сростках встречаются своеобразные "сфероиды" и плохораскристаллизованные индивиды. Все поликристаллические сростки отличаются высоким содержанием черных включений (окись железа ), низкой прозрачностью, серой или черной окраской.
Методом электроимпульсной дезинтеграции без разрушения минералов, был «раскрыт» кимберлит из трубки им. В. Гриба и при последующем минералогическом анализе в шлиховой лаборатории ИЛСАН а было обнаружено 17 микрокристаллов алмаза размером менее 500 мкм, которые подробно изучены на растровом электронном микроскопе JSM-820 производства фирмы «Jeol». Самые крупные кристаллы визуально были описаны с помощью оптического микроскопа МБС-10 по схеме: характер образования, форма, сохранность, цвет, прозрачность, морфология поверхности, наличие включений. Фотографии типичных микрокристаллов алмаза во вторичных электронах, полученные на растровом электронном микроскопе, приведены на рис. 40. Описание всех образцов микрокристаллов алмаза приведено в Приложении.
Микрокристаллы представлены: 1) техногенными осколками и обломками более крупных кристаллов алмаза; 2) целыми кристаллами (в основном октаэдрического габитуса), их закономерными сростками и двойниками по «шпинелевому» закону (рис. 40). Все кристаллы прозрачны, бесцветны, некоторые осколки имеют слабый желтый оттенок. В четырёх кристаллах встречены приповерхностные и внутренние включения чёрного цвета, визуальная диагностика которых затруднительна. Поверхность кристаллов в большинстве случаев гладкая, вершины несколько сглажены, на ребрах развита тонкая штриховка. Встречено два вида сростков: поликристаллический - сросток нескольких хорошо огранённых кристаллов и микрозернистый сросток типа «борт» плохо окристаллизованных кристаллов (рис. 41).
Краткая сравнительная характеристика типоморфных 1 особенностей кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок им. В. Гриба, им. Карпинского-1 ААП и кимберлитовых трубок Мир, Удачная, Комсомольская, Нюрбинская, Айхал ЯАП
Распределение азота в алмазах из трубки им. В. Гриба и некоторых других кимберлитовых тел: 1 - октаэдры с тригональной формой граней, 2 -октаэдры с дитригональной формой граней, 3 - комбинационные ОД, 4 - кубы, тетрагексаэдры; I, II, III - популяции кристаллов алмаза из трубки им. В. Гриба. Заштрихованные поля соответствуют средним содержаниям азотных центров в кристаллах из трубок Южной Африки, Далдыно-Алакитского района Якутии и Золотицкого поля ААП. Изотермы проведены по данным [160] для «возраста» алмазов 3 млрд. лет
Алмазы популяции (I) наиболее близки к кристаллам из диатрем центральных областей Сибирской и Африканской платформ (рис. 15, 16, 52). Так, например, по усредненным значениям концентраций структурных дефектов прослеживается большое сходство между алмазами трубки им. В. Гриба и трубки Зарница Далдыно-Алакитского района Якутии (табл. 12, рис. 15, 16, 55).
По геотермометру Тейлора-Милледж (1995) для времени нахождения кристаллов в мантии 3 млрд. лет, ориентировочная температура образования кристаллов алмаза популяции (I) дает широкий диапазон значений от 1050 С, до 1170С (рис. 55). Отметим, что при использовании данного геотермометра время температурного воздействия не играет существенной роли. Изменение «возраста» кристаллов на 1 млрд лет, приводит к температурному «сдвигу» всего на 10-15С. Таким образом, средняя температура формирования алмазов популяции (I) из трубки им. В. Гриба - 1130-1140С, что на 40-60С выше, чем соответствующие параметры, оцененные для большинства трубок Золотицкого поля [133].
Среднеазотная популяция (II) характеризуется содержанием азота в А-форме от 300 до 600 at. ppm, причем, А- и В-центры присутствуют примерно в равной пропорции. Концентрация этих дефектов в отдельных кристаллах в сумме не превышает 1300 at. ppm (рис. 54). Преимущественно представлена алмазами массой 0.1-0.5 карата (табл. 12): октаэдрами с дитригональной формой граней и полуокруглыми комбинационными кристаллами. Обладают специфическим соотношением концентраций азота в различных формах, не типичным для основных популяций алмазов из различных месторождений мира [133]. Тем не менее, по содержанию азота и характеру его распределения алмазы популяции (II) близки к кристаллам из кимбёрлитовых трубок Роберте Виктор (Южная Африка), Удачная и Мир (Якутия) (рис. 15, 16, 55) [136, 142]. Как видно из рис. 55, алмазы популяции (II) сформировались в достаточно узком температурном интервале 1100-1135С. Отличительными особенностями являются высокие степень агрегированности азота и концентрация плейтелетс в этих алмазах (табл. 12), что, возможно, связано с длительным посткристаллизационным отжигом алмаза [129].
Высокоазотная популяция (III) включает кристаллы с концентрацией А-центров от 600 до 1500 at. ppm и Ntot=900-3000 at. ppm (табл. 12, рис. 54). Для большинства кристаллов отмечается низкая степень агрегированности азота ( 30%). Имеют невысокое содержание водорода ( 6.0 см ) и очень высокое содержание плейтелетс (25 Р 35 см"1). Алмазы, главным образом, имеют массу менее 0.1 карата. Их форма разнообразна: чаще всего это кристаллы кубического габитуса, а также додекаэдроиды, октаэдры и комбинационные формы ряда октаэдр-ромбододекаэдр. Судя по значительным концентрациям плейтелетс и водорода, можно предположить, что кристаллы обладают неоднородным внутренним строением и на начальном- этапе роста (центральные зоны кристаллов) имели кубическую или кубооктаэдрическую форму. По содержанию азотных центров алмаз данной популяции близок к кристаллам из трубок Золотицкого поля (рис. 15, 16, 55), прежде всего, Поморская и Архангельская (табл.12). Ориентировочная температура формирования кристаллов 1060-1090С (рис. 55).
Резюмируя вышесказанное, по содержаниям дефектов можно предположить, что алмаз из трубки им. В. Гриба преимущественно формировался в ультрабазитовом субстрате (по моде У-типа, см. начало раздела), а часть кристаллов (популяция III) - в базитовом субстрате (по моде Э-типа).
В соответствие с работой [112] на график зависимости усредненных относительных значений Н и степени агрегации азота в В-форме (рис. 16), нанесли значения концентраций данных дефектов в алмазах из трубки им. В. Гриба. Оконтуренное поле является характеристическим для алмаза из трубки им. В. Гриба. По усредненным значениям концентраций структурных дефектов прослеживается большое сходство между алмазами трубки им. В. Гриба и некоторыми трубками Далдыно-Алакитского района Якутии, в частности, трубкой Зарница, Удачная, россыпями Урала [133]. Средняя ориентировочная температура образования кристаллов алмаза из трубки им. В. Гриба Т=1100С.
Результаты исследования содержания и распределения примесных дефектов азота, водорода и плейтелетс в кристаллах алмаза из трубки им. В. { Гриба показали: - присутствуют оптически активные центры, характерные для алмазов кимберлитового типа в целом: структурный азот в А- и В-формах, водород (Н) и плейтелетс (Р); - отмечено два разнонаправленных тренда по содержанию дефектов;
