Содержание к диссертации
Введение
Глава I. История изучения взаимоотношений алмаз-включение в природных алмазах
Глава II. Методы исследования 19
2.1. Минералогические методы исследования 19
2.2. Аналитические методы исследования 23
Глава III. Морфология алмаза 26 35
3.1. Кристаллы алмаза из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции
3.2. Додекаэдроиды алмаза I разновидности (уральского типа) из россыпей р. Эбелях
Глава IV. Морфология и структурная ориентировка включений минералов в алмазах
4.1. Включения граната, оливина, коэсита в алмазах из кимберлитовых тел Якутии
4.2. Оливины в алмазах из россыпей р. Эбелях
4.3. Закономерности искажения симметрии включений от их ориентировки в алмазах
Глава V. Исследование состава и КР спектров включений минералов в алмазах из кимберлитовых трубок и россыпей
5.1. Химический состав включений граната и оливина, в алмазах
5.2. КР спектроскопия включений в алмазах. Расчет остаточного давления во включениях коэсита и оливина
Глава VI. Сравнительная характеристика алмазов с включениями оливина из россыпей р. Эбелях и кимберлитовых тел Якутской алмазоносной провинции
Глава VII. Якутиты. Система алмаз-лонсдейлит в якутитах 92
Заключение 113
Список литературы
- Аналитические методы исследования
- Додекаэдроиды алмаза I разновидности (уральского типа) из россыпей р. Эбелях
- Оливины в алмазах из россыпей р. Эбелях
- КР спектроскопия включений в алмазах. Расчет остаточного давления во включениях коэсита и оливина
Введение к работе
Актуальность. На северо-востоке Сибирской платформы известна уникальная ассоциация россыпных алмазов, в которой наряду с типичными кимберлитовыми присутствуют алмазы, нехарактерные для установленных типов коренных источников (Коптиль, 1994; Афанасьев и др., 1998; 2011), в том числе округлые кристаллы алмаза «бразильского» или «уральского» типов и якутиты (алмаз-лонсдейлитовые параморфозы по графиту). Округлые алмазы интересны морфологическими особенностями и высоким выходом из них ювелирных изделий, они широко распространены в россыпях с неизвестными коренными источниками в Индии, Бразилии, Южной Африке, Австралии, на Урале и в Якутии, включая россыпи р. Эбелях. В качестве коренных источников последних предлагаются лампроиты (Афанасьев и др., 2010, 2011) или туффизиты (Граханов и др., 2013). Якутиты сопоставимы с импактными алмазами, которые по прочности зерен соответствуют высококачественным синтетическим, по абразивной способности порошки из них превосходят природные и искусственные технические в 1,5-2 раза, а полученный на их основе сверхтвердый материал и изделия из него не менее чем в 2,0-2,5 раза (Бочко и др., 1999). Относительно происхождения якутитов существуют разные мнения: они являются продуктами дальнего закратерного выброса в момент Попигайского импактного события (Вишневский и др., 1997) или эндогенных взрывов, вызванных поднятием глубинных углеводородных флюидов (Ваганов и др., 1985), или представляют собой самостоятельные фации природных алмазов, мантийных по месту и мартенситных по механизму образования, генетически обусловленные детонационными взрывами флюидов при образовании мантийно-инициированных кольцевых структур (Петровский и др., 2013; Силаев и др., 2014).
Детальное исследование алмазов из россыпей Якутии и включений в них с использованием новейших методов анализа, сравнение полученных результатов с известными для алмазов кимберлитовых трубок, уточнение критериев сингенетичности включений в россыпных алмазах, исследование якутитов, системы алмаз-лонсдейлит является актуальным как для решения вопросов алмазообразования, так и природы алмазов и определения коренного источника уникальных россыпных месторождений северо-востока
Сибирской платформы, и, как следствие, оптимизации поисковых работ.
Цель исследования – изучить особенности взаимоотношений алмаз-включение на примере округлых додекаэдроидов из россыпей р. Эбелях в сравнении с кимберлитовыми алмазами Якутии и системы алмаз-лонсдейлит в якутитах, дать им генетическую интерпретацию.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Анализ и обобщение существующих представлений о типах коренных источников россыпных алмазов северо-востока Сибирской платформы и особенностях взаимоотношений алмаз-включение.
-
Описание морфологии и изучение внутреннего строения алмазов из кимберлитовых тел Якутии и россыпей р. Эбелях.
-
Изучение связи морфологии включений с их положением в кристалле-хозяине и структурной ориентировкой.
-
Определение химического состава и анализ спектров комбинационного рассеяния (КР) включений минералов в алмазах. Расчет величины остаточного давления во включениях по данным рамановской спектроскопии.
-
Сравнительный анализ морфологии, рентгенографии, КР-спектроскопии россыпных и кимберлитовых алмазов.
-
Определение изотопного состава углерода в якутитах.
-
Исследование взаимоотношений алмаз-лонсдейлит в якутитах классическими и новейшими методами рентгеноструктурного анализа.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положено изучение автором в течение 2006–2015 гг. более 300 алмазов из кимберлитовых тел и россыпей Якутии из коллекции ИГАБМ СО РАН и около 200 образцов якутитов из аллювиальных отложений Анабарского алмазоносного района из коллекции ОАО «Алмазы Анабара».
Для комплексного изучения были отобраны 54 кристалла алмаза с кристаллическими включениями из кимберлитовых трубок Удачная, Мир, Айхал, им. XXIII съезда КПСС и россыпей р. Эбелях. Кристаллы преимущественно октаэдрической формы, образцы из россыпей р. Эбелях – кривогранные додекаэдрические кристаллы I разновидности. Образцы содержат либо единичные кристаллические включения, либо насыщены разными минералами-узниками.
Включения представлены гранатами, оливинами, сульфидами, графитом, коэситом и алмазом. Для исследования методами рентгенографии и КР-спектроскопии отобраны образцы с единичными включениями, а также кристаллы алмаза, содержащие несколько включений разных размеров, удаленных друг от друга на расстояние больше 1,5 мм, что позволило провести съемку каждого включения индивидуально.
Для изучения особенностей морфологии и структурной ориентировки включений минералов в алмазах, а также детального исследования якутитов использованы методы оптической микроскопии и рентгенографического анализа. Плоскопараллельные пластины алмаза изготовлены сотрудниками ИГАБМ СО РАН В.А. Котеговым, А.С. Хомподоевым, А.Н. Новгородовым. Определение состава 23 включений минералов в алмазах выполнено в отделе физико-химических методов анализа ИГАБМ СО РАН (аналитики: А.В. Попов, Н.В. Христофорова) на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6480LV с использованием энергетического дисперсионного спектрометра Energy 350 «Oxford Instruments». Спектры КР (рамановские спектры) 11 образцов алмаза с включениями оливина, коэсита регистрировались на спектрометре LabRam HR800 фирмы Horiba Jobin Yvon с 1024-канальным LN/CCD-детектором в Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН в г. Новосибирске (аналитик: к.г.-м.н. С.В. Горяйнов). Трехмерные изображения образцов получены на микротомографе высокого разрешения SkyScan 1272 в НИГП АК «АЛРОСА» (ОАО) (аналитик Т.В. Кедрова). Работы по рентгенографическому исследованию образцов проводились лично автором в отделе физико-химических методов анализа ИГАБМ СО РАН на рентгеновской установке УРС–0.3, дифрактометрах ДРОН–2.0, D2 PHASER под руководством к.г.-м.н. Н.В. Заякиной. Поликристаллические зерна алмазов дополнительно исследованы методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) на сканирующем электронном микроскопе «Zeiss Ivo» в Университете Маквайра и методом нейтронной стресс-дифрактометрии на дифрактометре KOWARI в Институте Брэгга ANSTO (Australian Nuclear Science & Technology Organisation) (г. Сидней, Австралия, аналитики С. Пьяцоло, В. Лузин). Исследование изотопного состава углерода в якутитах выполнено в лаборатории стабильных изотопов
Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток, аналитик к.г.-м.н. Т.А. Веливецкая).
С помощью компьютерной кристаллографической программы Shape for Windows version 5.0. компании Shape Software построены трехмерные модели срастания кристаллов алмаза и включений в них.
В работу включены данные по изучению морфологии, внутреннего строения алмазов, определению состава, особенностей спектров КР и структурной ориентировки включений в них. Представлены материалы по методике выявления лонсдейлита в крупных якутитах и результаты микроструктурного анализа полированной пластины якутита.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное изучение зависимости морфологии включений от их структурной ориентировки и положения в кристалле-хозяине. Впервые методами рентгенографического анализа и рамановской спектроскопии определена структурная ориентировка и рассчитана величина остаточного давления во включениях оливина в додекаэдроидах I разновидности из россыпей р. Эбелях. Впервые установлены различия в структурной ориентировке и величине остаточного давления включений оливина из кимберлитов и россыпей севера-востока Якутии, которые свидетельствуют о различиях в условиях их кристаллизации. Впервые методом EBSD и нейтронной стресс-дифрактометрии исследованы якутиты. Показано, что закономерное искажение внешней симметрии включений в зависимости от их положения в объеме кристалла алмаза может служить одним из визуальных признаков сингенетичности включений граната и оливина по отношению к алмазу.
Практическая значимость. Результаты исследований будут способствовать развитию представлений о коренных источниках россыпных месторождений северо-востока Сибирской платформы и могут быть использованы при оценке потенциала алмазоносных площадей на платформах, что важно для расширения минерально-сырьевой базы Северо-Востока России.
Достоверность результатов диссертационного исследования определяется всесторонним анализом имеющихся литературных данных, изучением представительного количества кимберлитовых и россыпных алмазов с включениями минералов, применением современного сертифицированного аналитического
оборудования, использованием статистических методов обработки аналитических данных.
Публикации и апробация работы. Результаты и основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в 3 статьях в рецензируемых научных журналах, рекомендованных для опубликования основных научных результатов диссертаций, и 5 работах в материалах конференций. Материалы диссертации и защищаемые положения обсуждались на республиканских научных конференциях молодых ученых (XIII Лаврентьевские чтения, Якутск, 2009, 2010; «Эрэл», Якутск, 2009), Всероссийских молодежных научных конференциях («Молодежь и наука на Севере», Сыктывкар, 2008; «Минералы: строение, свойства, методы исследования», Миасс, 2009; «Эрэл», Якутск, 2011, 2013; «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России», Якутск, 2012, 2014, 2015), международных научных конференциях «Модели образования алмаза и его коренных источников. Перспективы алмазоносности Украинского щита и сопредельных территорий», Киев, 2012; VII Сибирской научно-практической конференции молодых ученых по наукам о Земле, г. Новосибирск, 2014 г.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 128 страниц состоит из введения, 7 глав и заключения, содержит 48 рисунков и 8 таблиц. Список литературы включает 106 наименований.
Аналитические методы исследования
По мнению других (Футергендлер, Франк-Каменецкий, 1961, 1964; Harris, 1966; Pearson, Shirey, 1999), в пользу сингенетичности включений в алмазах свидетельствуют данные об эпитаксическом срастании минерала узника и алмаза-хозяина, полученные рентгеновскими исследованиями. Рентгенографическое изучение ориентировки включений показало, что закономерные сростки наблюдаются не в единичных случаях, частота их появления составляет не менее 50%. Эпитаксические срастания алмаза с минералами-узниками, подтвержденные наличием структурно геометрических и морфологических особенностей, свидетельствуют об одновременном росте этих минералов с алмазом.
Из признаков, указывающих на синхронную кристаллизацию включений минералов с алмазом-хозяином, то есть их сингенетичность, угнетенная форма роста является одним из определяющих (Соболев и др., 1972; Зедгенизов, 1999;). Согласно работе (Возняк, Квасница, 2009), лишь включения с классическими признаками совместного роста индивидов служат доказательством их синхронного роста с кристаллами алмаза из одной и той же минералообразующей среды.
Существует другая точка зрения на способ образования октаэдрической огранки минералов-узников в алмазе, которая объясняет необычную форму включений перекристаллизацией в объеме кристалла алмаза минералов, первоначально имевших свою собственную огранку (Мальков, Асхабов, 1978). В данном случае включения являются протогенетическими по отношению к алмазу. Протогенетические минералы-узники могут иметь и ксеногенное происхождение, которое не связано с условиями и составом среды образования алмаза. Из этого следует, что вопрос об октаэдрической огранке кристаллических включений является принципиально важным для выяснения условий кристаллизации алмаза.
Природу октаэдрической огранки сингенетичных включений в алмазах Ю.П. Барашков (1997) объясняет с точки зрения реальной структуры алмаза, согласно которой, морфология твердых включений определяется элементами симметрии алмаза-хозяина. Для каждого типа форм кристаллических включений в алмазах: псевдопризматической, псевдотаблитчатой и собственно октаэдрической, рассмотрены отдельные способы захвата их материнским кристаллом. Включения псевдотаблитчатого облика приурочены к пирамидам нарастания граней {111}, псевдопризматического – плоскости перемещения (110) и октаэдрического – линии передвижения вершин :100:. По мнению Ю.П. Барашкова (1997), различным сочетанием данных трех способов захвата включений можно объяснить все разнообразие форм кристаллических включений в алмазах.
Искаженные в той или иной мере октаэдрические формы минеральных включений в алмазах можно объяснить, основываясь на данных рентгенографического определения структурной ориентировки минерала узника и алмаза-хозяина. Определение структурной ориентировки включений минералов в алмазах проводили, главным образом, С.И. Футергендлер и В.А. Франк-Каменецкий (1961, 1964). Ими рентгенографически исследованы и описаны случаи эпитаксических срастаний алмаза с резко различными по составу и кристаллическому строению минералами. Они утверждают, что искажение формы минерала-узника и его эпитаксическая ориентировка в алмазе указывают на рост включения на поверхности грани октаэдра кристалла-хозяина и его последующее зарастание им. Закономерное срастание алмаза с включенными в нем минералами, подтвержденное наличием структурно-геометрических совпадений и морфологических особенностей, свидетельствует об одновременном росте минералов-узников с алмазом. Включения минералов, имеющие произвольную ориентировку в алмазе, многими исследователями (Франк-Каменецкий, 1964; Футергендлер, Франк-Каменецкий, 1964; Зюзин, 1967; Гаррис и др., 1967) отнесены к протогенетическим, что до сих пор остается спорным признаком.
Предшествующие рентгенографические исследования ориентировки включений минералов-узников в алмазах свидетельствуют, что в среде кристаллизации алмаза находились или готовые кристаллики минеральных включений, или в отдельных случаях минералы-узники кристаллизовались на поверхности кристаллов алмаза во время его перерыва в росте.
Анализ литературных данных показывает, что работы, касающиеся углубленного изучения и установления сингенетичности включений минералов в алмазах, проводились в основном на кристаллах алмаза из кимберлитовых тел разных месторождений, включая и кимберлитовые трубки Якутии (Бартошинский, 1961; Бартошинский и др., 1980; Барашков, Тальникова, 1996; Буланова, 1985; Возняк, Квасница, 2009; Зедгенизов, 1999; Зюзин, 1967; Соболев, Боткунов, 1972; Соболев, 1974; Harris, 1968; Meyer, 1985, 1987; Lu, 2009; Nestola et al., 2012; Taylor, Anand, Promprated, 2003 и др.).
Изучению включений минералов в алмазах из россыпей северо-востока Сибирской платформы посвящено сравнительно мало работ. Парагенезисы включений изучены в основном в кристаллах I разновидности, так как благодаря их прозрачности в них легко обнаружить минералы-узники.
А.М. Логвиновой с соавторами (2007, 2011) изучены множественные наноразмерные кристаллофлюидные (высокоплотные) включения в алмазах двух типов, наиболее характерных для россыпей северо-востока Сибирской платформы и составляющих в них основную долю, которые относятся к I и V разновидностям по минералогической классификации Ю.Л. Орлова (1973). Изучено также внутреннее строение и дефектно-примесный состав алмазов. Согласно их данным наноразмерные включения в округлых алмазах имеют сложный фазовый состав, который подтверждает выводы о процессах взаимодействия глубинных флюидов с силикатным субстратом. Также полученные результаты показывают, что алмазы из россыпей северо-востока Сибирской платформы характеризуются химической неоднородностью в составе алмазогенерирующего субстрата, и позволяют предположить существование разных источников для алмазов I, V, VII разновидностей.
Ранее В.С. Шацким и др. (2010) было сообщено о первой находке мэйджоритовых гранатов в двух алмазах из россыпей Анабарского алмазоносного района Якутии. Присутствие мэйджоритовых гранатов предполагает, что часть россыпных алмазов образовывались в сублитосферных условиях.
Предпринятое нами комплексное изучение макровключений в алмазах (додекаэдроидах I разновидности, якутитах) россыпей р. Эбелях и сравнение их с алмазами из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции дополнит характеристики выделенных групп алмазов, позволит приблизиться к решению проблемы коренных источников алмазов россыпей Сибирской платформы, которая до сих пор остается дискуссионной.
Додекаэдроиды алмаза I разновидности (уральского типа) из россыпей р. Эбелях
Микрозондовое определение химического состава минералов. Исследование в обратно-рассеянных электронах, качественное и количественное определение состава включений минералов в алмазах выполнено в отделе физико-химических методов анализа Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН (аналитики А.В. Попов, Н.В. Христофорова) на сканирующем электронном микроскопе фирмы JEOL JSM-6480LV с использованием энергетического дисперсионного спектрометра Energy 350 of Oxford Instruments. Количественный анализ и обработка результатов проводились по методу XPP в программном обеспечении Software INCA Energy. Измерения на приборах проводились при ускоряющем напряжении 20 kV и силе тока 1.1 nA, время измерения 10 сек. Использованы следующие эталоны: Si, Mg, Fe – по оливину, Al, Ca, Cr – по гранату.
КР спектроскопия (рамановская спектроскопия) применялась как для идентификации включений минералов в алмазах in situ, так и для определения остаточного давления (также называемого замороженным, «ископаемым», реликтовым или внутренним давлением), которое обозначает усредненное механическое напряжение в приближении изотропного сжатия включения. Для наблюдения остаточного давления минеральное включение должно оставаться в прочном контейнере с приемлемыми относительными термоэластическими свойствами, а также должен быть использован неразрушающий метод анализа, чтобы измерить in situ "замороженное" давление во включении. Ранее как метод микрозондирования включений в алмазе использовалась ИК спектроскопия (Navon et al., 1988), и было сообщено о высоком остаточном давлении во включениях кварца в различных матрицах. Затем широкое распространение получил метод КР микроспектроскопии анализа напряженных включений (Izraeli et al, 1999; Sobolev et al., 2000; Фурсенко и др., 2001; Kohn, 2014), в котором используются данные спектроскопии КР о скоростях сдвига полос от давления, например, барическая зависимость спектров КР коэсита была измерена до 40 ГПа (Hemley, 1987).
Спектры КР образцов (алмазы с включениями оливина, коэсита) получены в Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН (аналитик к.г-м.н. СВ. Горяйнов). Спектры КР (Raman spectra) регистрировались на спектрометре LabRam HR800 фирмы Horiba Jobin Yvon с 1024-канальным LN/CCD-детектором. Спектры КР возбуждались излучением длиной волны 532 нм и мощностью 50 мВт твердотельного неодимового лазера (Goryainov et al, 2012; Goryainov et al, 2014). Рассеянный в 180-градусной геометрии свет собирался Olympus ВХ41 микроскопом. Использованный объектив Olympus MPLAN 50х с рабочим расстоянием WD=0.37 мм и численной апертурой 0.75 фокусировал лазерный луч до фокального пятна диаметром 2 мкм. Спектральное разрешение составляло 3 см–1 в стоксовой области частот около 1300 см–1. Спектры КР получены последовательно для минерала-узника, находящегося в глубине алмаза-хозяина, и затем для включения, выведенного на поверхность. Методика расчета величины остаточного давления во включениях коэсита и оливина приведена в работах (Sobolev et al, 2000; Yasuzuka et al, 2009). Исследование изотопного состава углерода в поликристаллических образцах - якутитах выполнено в лаборатории стабильных изотопов Дальневосточного геологического института ДВО РАН (аналитик Т.А. Веливецкая). Образцы на изотопный анализ были представлены в виде одиночных зерен, отделенных механическим способом в стерильных условиях. Вес частиц составляет от 0,5 до 0,8 мг. Погрешность анализа при выполнении измерения количества изотопа 13С составила + 0,2-0,05 .
При комплексном изучении алмазов и включений в них кроме классических методов исследования алмазов в данной работе применены современные неразрушающие методы исследования: компьютерная микротомография, метод дифракции обратно рассеянных электронов, нейтронография и рамановская спектроскопия. Использование классических методов исследования в совокупности с новейшими позволило получить больше данных по включениям минералов в алмазах.
Оливины в алмазах из россыпей р. Эбелях
Особенности кристалломорфологии включений минералов в алмазах рассматриваются в многочисленных работах (Бартошинский и др., 1980; Гневушев, Николаева, 1958; Ефимова, Соболев, 1977; Квасница и др., 1993; Мальков, Асхабов, 1978; Митюхин, Специус, 2005; Соболев и др., 1972; Соболев, 1974; и др.), в которых приводятся данные оптического и гониометрического исследований. Кристалломорфология включений граната в якутских алмазах наиболее детально изучена З.В. Бартошинским и др. (1980). Впервые этими авторами предпринята попытка гониометрически исследовать кристалломорфологию включения граната. Показано, что гранат в изученном единичном образце характеризуется совершенно необычной морфологией с преимущественным развитием октаэдрических граней. Эта особенность, как подтвердил ряд дальнейших исследований, распространяется не только на гранаты, но и на другие минералы-узники в алмазах из разных месторождений, известные как сингенетические. Бартошинский З.В. и др. (1980), на основании гониометрических исследований значительного количества образцов, указывают, что индукционный характер граней минералов–узников не является результатом взаимодействия двух одновременно кристаллизующихся индивидов, а полностью индуцирован алмазом– хозяином. Рентгенометрически доказано, что подавляющее большинство индукционных граней граната-узника параллельно главным плоским сеткам алмаза, наиболее часто проявляющимся в морфологии его кристаллов различного генезиса. Они предполагают, что на начальных этапах огранка граната, растущего одновременно с алмазом, была иной: в результате более быстрого роста последнего, его слои роста на соответствующих гранях своими торцами формировали огранку граната, как бы гася собой рост его собственных граней. Позже Н.В. Соболев (1971) с соавторами, рассматривая проблему генезиса ксеногенных отрицательных кристаллов-узников в алмазах (омфациты, пиропы, оливины, хромдиопсиды), установили, что включения сингенетических минералов встречаются в виде отрицательных "алмазных" октаэдров, ориентированных параллельно внешней огранке алмаза. Предполагается, что мономинеральные и полиминеральные октаэдры образовались в результате заполнения характерных октаэдрических "ямок роста" на гранях кристаллов алмаза сингенетическими минералами.
Морфология включений минералов (гранаты, оливины) в округлых кристаллах алмаза из кимберлитовых трубок Беломорья впервые рассмотрена В.Н. Квасницей и др. (1993). Они также подчеркивают, что огранка кристаллов включений индуцирована алмазом, и большинство из них являются отрицательными формами кристалла-хозяина.
Среди сингенетичных включений в алмазах сульфиды занимают не последнее место. Они относятся к включениям, которые визуально диагностировать трудно. Э.С. Ефимова, Н.В. Соболев, Л.Н. Поспелова в своей работе (1983) приводят детальное описание морфологии, химического состава включений сульфидов в алмазах из различных месторождений – кимберлитовых трубок Мир, Удачная, Айхал, россыпей северо-востока Сибирской платформы и Урала. Сульфиды–узники описаны как включения, встречающиеся чаще всего в центре темных розеток, которые в свою очередь могут располагаться в любой зоне алмаза. Большинство включений сульфидов имеет бронзовый цвет и сильный металлический блеск. Они, как и силикатные минералы в алмазах, в большей мере представлены октаэдрическими кристаллами, в разной степени искаженными, что свидетельствует об их сингенетичности с алмазами (Соболев и др., 1972). Химический состав включений сульфидов изучен после извлечения их из алмаза-хозяина. По полученным данным авторами впервые установлено, что темный налет на стенках трещин, окружающих сульфиды, принимаемый многими исследователями за графит, является тонкодисперсным сульфидом, соответствующим по составу моносульфидному твердому раствору Fe и Ni.
В работе (Буланова и др., 1990, Барашков, Тальникова, 1996) отмечают, что обилие сульфидов в алмазах и в ряде случаев срастание их с сингенетичными алмазу минералами:– оливином, энстатитом, пиропом, хромитом, свидетельствуют о том, что сульфиды также син- или протогенетичны алмазам. Авторами детально изучено и точно диагностировано 90 включений сульфидов. Они также указывают, что для включений сульфидов характерно подчинение их формы морфологии алмаза-хозяина. Кроме того, сульфидные включения почти всегда сопровождаются дисковидными трещинами в алмазе, заполненными мелкодисперсным сульфидным веществом (Ефимова и др., 1983, Harris, 1972). Характерны для большинства включений сульфидов и некоторая рыхлость, наличие каверн и неплотный контакт с кристаллом-хозяином. Нами для изучения морфологии включений минералов в алмазах просмотрены более 300 образцов из коллекции ИГАБМ СО РАН.
КР спектроскопия включений в алмазах. Расчет остаточного давления во включениях коэсита и оливина
Включения оливина в алмазе. Наиболее интенсивные полосы валентных колебаний Si04-групп в спектре оливина наблюдались в виде дублета с максимумами около 825 и 857 см–1 (рисунок 41).
Дублет самых интенсивных полос оливина при 825 и 857 см-1 имеет значительную скорость сдвига по давлению 2,81±0,09 и 2,69±0,12 см–1/ГПа, что проявляется в виде увеличенных значений частот полос в напряженных включениях. Анализ спектров КР показал, что эти полосы имели максимальные сдвиги по частоте для включения в образце 2004: 826,14 и 857,17 см–1. Именно этот дублет был использован для определения остаточного давления Pi в оливиновом включении, причем частоты для нулевого давления были найдены экспериментально по КР спектрам оливинового включения, выведенного на поверхность: 823,47 и 855,71 см-1. КР спектры, полученные от оливинового включения в образце 2004 (рисунок 41), дали максимальный сдвиг каждой из полос дублета на величину v=2,67±0,2 и 1,46±0,2 см–1, что соответствует внутреннему остаточному давлению во включении Pi =0,41±0,05 ГПа, вычисленному по формулам работ (Izraeli et al., 1999; Yasuzuka et al., 2009). Согласно Е.С. Израели (Izraeli et al., 1999) по этому остаточному давлению во включении можно оценить давление кристаллизации алмаза, которое по нашим расчетам составляет не менее Pf =4,8±0,5 ГПа при модельной температуре его роста 1200 С.
Сравнительный анализ спектров КР включений оливина в алмазах из россыпи Эбелях (рисунок 42) по включениям, заключенным в алмаз и затем выведенным на поверхность, показал, что сдвиги частот незначительны для каждой из полос дублета =±0,3 см–1 ( 822,9 -823,5 см–1 и 855,4-855,7 см–1) и рассчитывать давление кристаллизации алмаза в данном случае не представляется возможным. Согласно работе М. Кона (Kohn, 2014) по данным изучения включения оливина в кристалле алмазе из кимберлитовой трубки Удачная следует, что значение сдвига частоты для полосы 856 см-1 может варьировать в пределах ±0,5 см–1 в поле стабильности P условий алмаза на фазовой диаграмме углерода. Рисунок 42. Спектры КР эбеляхских додекаэдроидов с включениями оливина: А - образец 6034; Б - образец 6047.
Рассчитанные значения по сравнению с полученными для включений оливина в кимберлитовых алмазах свидетельствуют о том, что оливины в россыпных алмазах находятся в менее напряженном состоянии и, возможно, эти показатели находятся в прямой зависимости от структурной ориентировки оливинов в алмазе.
Расчет остаточного давления во включениях коэсита и оливина в алмазах из кимберлитовых трубок Мир, Айхал и Удачная дал значения близкие для расчетной величины термодинамических условий роста алмазов из кимберлитов, соответствующие глубине зарождения алмазов не менее 165 км. Таким образом, по химическому составу оливины в алмазах из кимберлитовых тел Якутии и россыпей р. Эбелях практичеки идентичны. Согласно работе (Пироговская и др., 2002), сходство оливинов из эбеляхских и бразильских алмазов по соотношению Cr2O3 и CaO может свидетельствовать о том, что коренными источниками первых могут быть докембрийские породы Анабарского поднятия. Не исключена возможность поступления части алмазов в россыпи из щелочно-ультраосновных пород типа монтичелиитовых альнеитов Старореченского поля.
Применение рамановской спектроскопии в изучении включений как в кристаллах алмаза из кимберлитовых трубок, которые в основном представлены прозрачными октаэдрами, так и в полупрозрачных эбеляхских додекаэдроидах позволило определить минералы-узники in-situ. В исследованных кимберлитовых образцах обнаружены включения коэсита, оливина и граната. В округлых додекаэдроидах россыпей р. Эбелях выявлены включения оливина.
Включения в алмазах из кимберлитов в большинстве случаев находятся в напряженном состоянии, соответствующем полю стабильности алмаза, тогда как включения в алмазах из северных россыпей не показывают значительного избыточного напряжения. Возможно, это связано со структурной ориентировкой включений оливина в кристалле-хозяине. Оливины в кимберлитовых алмазах в основном ориентированы закономерно, в эбеляхских алмазах установлена только произвольная ориентировка минералов-узников. Причины этого пока не ясны, но сам по себе факт указывает на различия в условиях роста данных групп алмазов. Глава VI. Сравнительная характеристика алмазов с включениями оливина из россыпей р. Эбелях и кимберлитовых тел Якутской алмазоносной провинции
По результатам комплексного изучения образцов с включениями оливина проведен сравнительный анализ округлых додекаэдроидов "уральского" или "бразильского" типа из россыпей р. Эбелях и алмазов из кимберлитовых трубок Мир, Удачная, Айхал и им. XXIII съезда КПСС.
В исследованных образцах включения оливинов, как в россыпных, так и в трубочных алмазах, являются самыми распространенными и в большинстве случаев представлены группами. Размер включений в кимберлитовых алмазах колеблется от 20 до 300 мкм, в алмазах из россыпей р. Эбелях около 25 мкм по длинной оси. Нередко включения в россыпных и кимберлитовых алмазах окружены радиальными трещинами – розетками, как правило, повторяющими направления спайности в алмазе по (111). Для оливинов в алмазах характерны изометричные или вытянутые в одном направлении формы, реже встречаются уплощенные включения. По нашим наблюдениям форма оливинов в исследованных кристаллах из кимберлитов непосредственно зависит от их расположения в объеме материнского кристалла–октаэдра. В центральной части кристалла или вблизи вершины октаэдра алмаза включение имеет изометричную форму. Удлиненные включения оливина призматической формы чаще расположены вдоль ребра октаэдра. Для алмазов из россыпей р. Эбелях также характерны подобные формы включений, но чаще встречаются мелкие оливины удлиненной и таблитчатой форм. Оливины изометричной формы более крупные и расположены ближе к центру додекаэдроида. С учетом октаэдрической ростовой зональности в додекаэдроидах выявленные нами закономерности формы включений в целом близки к кимберлитовым. Так, группы включений оливина вытянутой формы расположены параллельно оси удлинения друг друга в объеме додекаэдроида, совпадая с плоскостью (111) алмаза. В рамановской спектроскопии оливины определены по дублету наиболее интенсивных полос 823–825 см-1; 855–857 см-1. При расчете остаточного давления во включениях оливина по данным КР спектроскопии было установлено, что оливины в россыпных алмазах находятся в менее напряженном состоянии, чем в кимберлитовых. Максимальное значение внутреннего остаточного давления в оливине (Pi =0,41±0,05 ГПа) рассчитано в образце из тр. Айхал, в россыпных алмазах оливины показывают нулевое избыточное давление, что, возможно, связано со структурной ориентировкой минералов-узников в алмазе-хозяине.
По данным рентгенографического исследования установлено, что в образцах 3207, 3273, 3638, 2004 из кимберлитовых трубок Айхал и Удачная преобладают закономерно ориентированные включения оливина (в трех случаях из четырех). Для включений оливина в алмазах из россыпей р. Эбелях (образцы 6003, 6008, 6034, 6047, 6070) не выявлено совпадения каких-либо элементов симметрии ни в одном из пяти кристаллов алмаза.
При изучении внутреннего строения образцов в картинах КЛ кимберлитовых алмазов наблюдались светлые ореолы вокруг включений оливина, что не было выявлено в эбеляхских додекаэдроидах. Также одним из установленных отличий алмазов с включениями оливина из кимберлитовых тел Якутии является наличие светлых крестообразных узоров вокруг включений. Если учесть, что аномальное двупреломление является следствием высокого давления вокруг минерала-узника из-за разницы величины удельного анионного объема (Афанасьев и др., 2010), то включения в кимберлитовых образцах находятся в более "напряженном состоянии". Тогда как в алмазах из россыпей р. Эбелях такие узоры вокруг включений нами не зафиксированы.