Введение к работе
Объектом исследования диссертационной работы послужили природные кристаллы алмаза, как носители информации об условиях и эволюции этих условий в природных очагах кристаллизации. Несмотря на многоплановые и интенсивные исследования- алмаза во многих лабораториях мира, обширный экспериментальный и теоретический материал, ответы на многие вопросы его генезиса и природы его свойств еще не получены. Во многом это обусловлено двумя причинами. Во-первых, отсутствием системы взглядов, позволяющей систематизировать накопленные материалы в рамках единых формализованных представлений; во-вторых - недостаточной ясностью в понимании всех особенностей неоднородного строения кристаллов алмаза, состоящих из блоков, зон и пирамид роста с широкими вариациями физических свойств. Не способствует решению алмазных проблем и отсутствие универсальной классификации алмаза, а используемые в настоящее время классификации не могут ее заменить, поскольку не учитывают или учитывают не в должной мере особенности неоднородного строения реальных кристаллов.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ диссертационной работы определяется названными причинами и состоит в изучении алмаза не только и не столько как минерального вида, а его конкретных индивидов с их особенностями внутреннего строения, объемного распределения физических свойств и персональной историей роста. В основу этого' подхода положен онтогенический метод Д. П. Григорьева.
ЦЕЛЬЮ исследований была разработка формализованного представления данных о свойствах и происхождении алмаза. Для этого решались следующие задачи: 1) выделение всех элементов неоднородности алмаза; 2) построение классификации алмаза, содержащую таксоны разного иерархического ранга; 3) разработка способов рационального описания неоднородных кристаллов и их множеств; 4) генетическая интерпретация полученных данных; 5) онтогенический анализ алмазов из месторождений разных генетически типов.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования служила алмазная коллекция Якутского института геологических наук СО РАН, содержащая основные разновидности алмаза из кимберлитовых трубок Мир, Айхал, Удачная, Сытыканская, им. 23 партсъезда. Наиболее важные результаты получены при комплексном
исследовании алмаза по зонам и пирамидам роста 115-ти плоскопараллельных пластин, вырезанных из типичных разновидностей. Полученные выводы проверены и подтверждены исследованием более 120 тысяч кристаллов непосредственно на алмазных месторождениях Мир, им. 23 партсъезда, Сытыканская и в спецлабораториях Амакинской и Ботуобинской геологоразведочных экспедиций. Изучены 43 зерна алмаза из 20 ксенолитов мантийных пород (коллекция ЯкутНИИПРОАлма-за).
Внутренняя морфология алмазных пластин выявлялась методами топографии оптических центров (двупреломление, фото и катодолюми-несценция, поглощение монохроматического света в УФ и видимом диапазоне), избирательного травления в HaN03 или водяным паром в атмосфере водорода, рентгеновской топографии. Анатомия целых кристаллов изучалась под микроскопом в поляризованном свете или в условиях люминесцентного свечения (возбуждение лампой СВД-120А).
Информация о содержании "структурных и примесных дефектов по зонам и пирамидам роста алмазных пластин получена при анализе спектров фотолюминесценции, УФ и ИК-поглощения локальных участков. Локальность достигалась примением диафрагм с фигурными отверстиями. Спектры УФ-поглощения записаны на спектрофотометре Specord UV VIS, ИК - Perkin-Elmer 577 с приставкой 6:1. Спектральные характеристики фотолюминесценции при комнатной и температуре жидкого азота изучены на приборе СДЛ-1, а локальных участков алмазных пластин - с помощью установки (ИМР, Симферополь) на основе монохроматора ИСП-51 и микроскопа МП-4. Спектры возбуждения фотолюминесценции записаны на спектрофотометре JY3CS.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены и обоснованы инвариантные виды алмаза, послужившие основой для принципиально новой классификации алмаза, построенной по иерархическому принципу. На ее базе разработан формализованный метод рационального представления характеристик кристаллов и их множеств компактными формулами.
Опираясь на на экспериментальные данные сделан вывод о направленном изменение свойств алмаза, выраженном тенденцией последовательного снижения дефектности алмазной решетки от центра кристалла к его поверхности. '
Предложена дискретная динамическая модель генезиса алмаза, отличающаяся от традиционных аналогов разделением онтогенического цикла с широкими вариациями условий кристаллизации на этапы и стадии с узкими вариациями. На основе модели обоснована гипотеза,
объясняющая все разнообразие морфологии и физических свойств алмаза, различными сочетаниями его инвариантных видов в конкретных индивидах. Показана схема логического соответствия между таксономическими, конституционными и генетических системами алмаза. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы состоит в следующем:
открываются новые возможности рационального использования алмаза путем вовлечения в круг практических нужд современных отраслей промышленности; не только целых особо ценных кристаллов, но также и отдельных участков с требуемыми характеристиками;
становится возможным использовать в качестве универсально го типоморфного признака сочетание и удельные соотношения онтоге-нических семейств алмаза, что позволяет, в частности, рассматривать в качестве коренных источников алмазов россыпей Урала и Севера Якутии некимберлитовые породы.
1. Неоднородность алмаза имеет три уровня организации: однородные зоны роста, квазиоднородные области и неоднородные кристаллы. Изменение главнейших свойств алмаза в объеме кристаллов имеет направленный характер и проявляется снижением дефектности алмазной решетки в последовательно сменяющих друг друга областях: дефектной центральной, промежуточной и наиболее совершенной периферийной.
Z. Разработана классификация алмаза, построенная по иерархическому принципу. Элементарным таксоном - онтогеническим видом -в ней служат участки, однородные по физическим свойствам. Самый крупный таксон - семейство - объединяет кристаллы с одинаковой историей роста. Для формализованного представления неоднородные кристаллы алмаза описываются формулами с перечнем видов, объеди-неных в группы и указанием объемных соотношений между ними. Множества кристаллов описываются формулами, в крторых отражена представительность каждого из пяти семейств алмаза.
3. В полном цикле кристаллизации алмаза выделены три основных этапа - ранний, промежуточный и заключительный, которые проходили в условиях прогрессивного снижения пересыщения среды углеродом. Перерывы в росте кристаллов и завершение кристаллизации на разных этапах привели к широкому разнообразию морфологических черт и физических свойств алмаза. Флуктуации нарушали общее течение процесса и в результате этого на двух дополнительных этапах образовались алмазы в оболочке и округлые разновидности.
4. Алмазы из разных генетических типов месторождений отличаются определенными сочетаниями и удельным соотношением пяти семейств алмаза, что и являются универсальным типоморфным признаком.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы были представлены на международной кимберлитовой конференоди (Перт, 1986), международном геологическом конгрессе (Вашингтон, 1989), докладывались на международных конференциях "Состав и процессы глубинных зон континентальной литосферы" (Новосибирск, 1988), "Алмаз-92" (Гейдельберг, 1992); международном полевом семинаре (Мирный 1990); 12-й Европейской кристаллографической конференции (Москва, 1989); Всесоюзных совещаниях и конференциях: по геологии алмазных месторождений (Мирный, 1975; Симферополь, 1980); самородному минералооб-разованию (Якутск, 1981, 1985), по состоянию и перспективам алма-зообрабатывающего производства (Смоленск, 1981, 1989), по проблемам генетической информации в минералогии (Сыктывкар, 1980), по свойствам природных алмазов и проблемам их извлечения из сырья (Мирный, 1983), по кинетике и динамике геохимических процессов (Черноголовка, 1989), по геохимии углерода (Москва, 1986), "Оптическая спектроскопия и ЭПР примесей и дефектов в алмазе" (Киев. 1985; Бишкек, 1991); "Минералогическая зональность и дискретность минералообразования" (Нальчик, .1984) на Ш практической школе по онтогении минералов (Сыктывкар, 1984); на Федоровских сессиях (Ленинград, 1985, 1991); на сессиях Якутского отделения ВМО.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа представлена в виде монографии объемом 11 п.л, содержит 166 стр. печатного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 145 наименований, иллюстрирована 8 таблицами, 47 рисунками и 8 фототаблицами.
