Введение к работе
Іктуальиость темы. Большинство современных исследователей сходятся о мнении, что алмазы образовывались в мантии Земли при высоких емпературах и давлениях (Т = 1000-1350С, Р = 5,0 ГПа и более). В то же ремя, единого мнения в отношении окислительно-восстановительного ежима кристаллизации алмазов пока нет. Высказываются предположения кристаллизации алмазов как в окислительных условиях, вплоть до бласти образования карбонатов, так и в резко восстановительных, ключающих область устойчивости муассанита. Некоторые авторы опускают широкий диапазон окислительно-восстановительных условий ристаллизации алмазов, включая область как водно-углекислого, так и :етаново-водородного флюидов.
Столь разные представления обуславливаются отсутствием адежных минералогических критериев, позволяющих судить о значениях угитивности кислорода в областях формирования алмазов. Наиболее асто встречающиеся в природных алмазах включения силикатов и ульфидов (Соболев, 1974; Буланова и др., 1993) имеют широкий диапазон :ловий образования, включая область неустойчивости свободного глерода. Включения «индикаторных» минералов (самородное железо, уассанит, вюстит, магнетит и др.) редки.
Благодаря физическим свойствам и химической инертности, алмаз, гроятнее всего, является лучшим природным материалом для энсервации и транспортировки мантийных флюидов к поверхности. Ряд следователей (Melton, Giardini, 1974, 1981; Бартошинский и др., 1987, ?89; Братусь и др., 1990) изучали состав примесных газов в природных тмазах и на основании этого сделали заключение о флюидном режиме Зразования алмазов. Возможность захвата флюидов в процессе роста металлов алмаза впервые доказана на примере кристаллизации жусственных алмазов в системе металл-углерод (Осоргин и др., 1987).
Однако при рассмотрении проблемы примесных газов в алмазах >зникают следующие вопросы: 1) насколько захваченные алмазом газы ютветствуют составу минералообразующего флюида; 2) сохраняется ли став примесных газов неизменным в посткристаллизационных юцессах.
Кроме того, интерес представляет исследование окислительно-юстановительной обстановки на этапе выноса алмазов на земную >верхность кимберлитовыми и лампроитовыми магмами и особенно ловия сохранности кристаллов алмаза.
Цель работы. Целью диссертационной работы является изучение флюидного режима при кристаллизации алмаза в системе металл-углерод, а также исследование травления кристаллов алмаза в условиях фугитивности кислорода на уровне буфера ССО.
Для достижения этой цели решали следующие задачи:
-
Разработка аппаратуры и методики изучения флюидного состава в реакционном объеме ячейки высокого давления.
-
Изучение состава флюидной фазы в реакционном объеме, алмазах и сопутствующих твердых фазах, захваченной при их кристаллизации в металл-углеродной системе.
-
Исследование особенностей кристаллов алмаза и сопутствующих фаз, кристаллизирующихся при высоких Р-Т параметрах в металл-углеродных системах.
4. Изучение влияния флюидной фазы и отдельных компонентов
природных магм на морфологию алмазов при травлении в
контролируемых окислительно-восстановительных условиях (на уровне
буфера ССО).
Исследования велись в соответствии с планами НИР Института минералогии и петрографии СО РАН в 1989-1996гг. (шифр темы № 01930010761) и НИР Конструкторско-технологического института монокристаллов СО РАН в 1997-1999гг. (шифр темы 01980009919).
Основные защищаемые положения.
1. Состав примесных газов в алмазах и сопутствующих твердых
фазах существенно отличается от состава равновесного флюида при росте
алмазов. При отношении Н/(0+Н) в реакционном объеме равном 0,97-
0,98, это отношение в синтезированных алмазах составило 0,57-0,68. Такое
различие обусловлено особенностями селективного захвата и сорбции
газовых компонентов в твердых фазах.
-
Количество флюидных включений в кристаллах алмаза, выращенных в металл-углеродных системах, находится в прямой зависимости от содержания газов в исходных образцах и убывает в ряду образцов, подготовленных для экспериментов при различных условиях от 5-104/мм3 до 50/мм3: сушка при 120С -> отжиг образцов в Н2 -> замена прессованного порошка в качестве металла-катализатора на сплав.
-
При Р-Т параметрах, соответствующих термодинамической стабильности графита, в среде, в которой окислительно-восстановительные условия определяются присутствием свободного углерода, травление алмазов сопровождается поверхностной графитизацией. При этом скорость травления возрастает (до 10" мг/час) в
яду составов: Si02 без флюидной фазы -* водный флюид -> Na-эдержащий силикатный расплав -> расплав щелочного базальта -> одосодержащий щелочной силикатный расплав. Результатом является бразование коррозионных скульптур травления, элементы которых не меют геометрически правильных контуров и кристаллографической риентировки.
'аучная новизна. Впервые, на основании исследования флюидного режима реакционном объеме, при кристаллизации алмаза в металл-углеродных істемах при высоких давлениях и температурах выявлены селективные :обенности алмаза по захвату флюидной фазы. Данные результаты имеют ундаментальное значение для реконструкции генезиса алмаза.
Впервые показано индикаторное значение буфера ССО для эстростовых изменений морфологии алмазов в эпигенитических :ловиях. Очень редкое проявление специфических поверхностных ;ульптур на кристаллах, образующихся при травлении в условиях утитивности кислорода на уровне буфера ССО, свидетельствует о более сислительной обстановке, в которой происходило растворение жродных алмазов.
'етоды и объемы исследований. В основу диссертации положены :зультаты исследований в области экспериментальной минералогии імаза в период с 1989 по 1999 годы. Выполнено около 150 опытов при ісоком давлении с применением аппаратуры типа «разрезная сфера» АРС). Автор лично участвовал во всех процессах подготовки и юведения экспериментов, обработке и анализе продуктов опытов, ізработан ряд усовершенствований и методик по проведению спериментов. Проведено: хроматографическое исследование более 30 разцов, электронно-микроскопическое изучение около 50 кристаллов, гкрозондовый анализ (15), снято и обработано 10 рентгенограмм.
Фактическая значимость работы. Прикладным результатом работы ляется совершенствование научных основ оценки алмазоносное пород, гактическое значение имеют: методические разработки способов лучения новых типов алмазного сырья для промышленности и вышения качества искусственных алмазов, усовершенствование тодики хроматографического анализа кристаллов алмаза и путствующих твердых и газовых фаз.
робация работы. Основные положения диссертации докладывались на вещаниях: «Шестая международная Кимберлитовая конференция»
(Новосибирск, 1996);, «XIII Российское совещание по экспериментальной минералогии» (Черноголовка, 1996), «Закономерности эволюции земной коры» (Санкт-Петербург, 1996), «Науки о Земле на пороге XXI века: новые идеи, подходы, решения» (Москва, 1997).
, По вопросам, рассмотренным в диссертации, опубликовано 6 работ, 2 находятся в печати , 4 тезисов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 126 страниц текста, содержит 42 рисунка, 19 таблиц, список литературы из 122 наименований.
