НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ, МІНЕРАЛОГІЇ ТА РУДОУТВОРЕННЯ

Кутузова Тетяна Яківна

УДК 548/549.211+549.6(47+571.56)

ТИПОМОРФІЗМ АЛМАЗУ I ЙОГО МІНЕРАЛІВ-СУПУТНИКІВ ІЗ КІМБЕРЛІТІВ ТА РОЗСИПИЩ ОКРАЇН ПЛАТФОРМ

(СИБІРСЬКА I СХІДНО-ЄВРОПЕЙСЬКА)

Спеціальність 04.00.20 – мінералогія, кристалографія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ-2000

Дисертація є рукописом.

Роботу виконано у відділі проблем алмазоносності

Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України

Науковий керівник:

доктор геолого-мінералогічних наук

Квасниця Віктор Миколайович

(Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України,

завідувач відділом проблем алмазоносності)

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук, професор

Бартошинський Збігнєв Владиславович (Львівський національний

університет ім. І.Франка, кафедра мінералогії)

кандидат геолого-мінералогічних наук

Палкіна Олена Юріївна

(Кримське відділення Українського державного

геологорозвідувального інституту Міністерства екології та природних

ресурсів України, провідний спеціаліст відділу геолого-технологічних

досліджень нерудних корисних копалин)

Провідна організація:

Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки

України.

Захист відбудеться 28.03.2001 р. о 14 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.203.01

при Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України

(03680, Київ-142, пр. Палладіна, 34).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (03680, Київ-142, пр.Палладіна, 34).

Автореферат розіслано 26.02.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат геолого-мінералогічних наук Л.Л. Томурко

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дисертації. Основними промисловими джерелами алмазів є діатреми, або трубки вибуху, виповнені кімберлітовими та лампроїтовими породами й пов'язані з ними розсипища. Питання щодо походження та формування значних за площею розсипних промислово-алмазоносних полів, розташованих на периферії давніх платформ, та в перехідних до складчастих поясів областях, залишається відкритим. Тому дисертаційна робота присвячена дослідженню типоморфних особливостей кристалів алмазу, їх мінералів-супутників із корінних та розсипних родовищ окраїн Сибірської й Східно-Європейської платформ, з'ясуванню специфіки їх генезису з метою напрацювання на цих засадах пошуково-оцінкових ознак алмазного зруденіння на цих або схожих територіях.

Зв'язок роботи з науковими програмами та темами. Задача пошуку алмазних родовищ входить до “Програми розвитку мінерально-сировинної бази України до 2010 року”. Складовою частиною дисертації є результати досліджень, отримані в Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України при виконанні госпдоговірної теми “Вивчення мінералогії твердих включень (мінералооутворюючих середовищ) в кристалах алмазу з розсипищ північного сходу Сибірської платформи, а також взаємозв'язку особливостей включень та вміщуючих їх алмазів” і в рамках науково-дослідної теми “Походження алмазів України та методика пошуку їх родовищ” (1997-2001 р.р., № держреєстрації 0197И006727).

Мета та задачі дослідження. Мета - на основі комплексного вивчення кристаломорфології, конституції, твердих і флюїдних включень кристалів алмазу і їх мінералів-супутників встановити типоморфні особливості, які характеризують ці мінерали з розсипищ та кімберлітів окраїн давніх платформ (на прикладі Сибірської та Східно-Європейської). Для досягнення цієї мети вирішувались такі основні задачі дослідження:

1. З'ясовувались особливості морфології, анатомії, конституції й фізичних властивостей кристалів алмазу із розсипищ північного сходу Сибірської платформи.

2. Здійснювався порівняльний аналіз отриманих результатів з літературними даними з метою встановлення схожості (відмінності) алмазів із різних районів окраїн платформ.

3. Вивчалися морфологія та склад мінералів-включень в кристалах алмазу з метою встановлення їх генетичного значення.

4. З'ясовувалася генетична позиція алмазів і їх мінералів-супутників у зв'язку з відомими проявами ультраосновного магматизму на периферії давніх платформ.

Об'єкт дослідження – кристали алмазу та деякі його мінерали-супутники (піроп, циркон, хромдіопсид) з кімберлітів і розсипищ окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ.

Предмет дослідження – типоморфізм кристалів алмазу, передусім типоморфне значення їх кристаломорфології, конституції, твердих та газово- рідких включень; особливості морфології та хімічного складу мінералів-супутників алмазу ( піропу, циркону, хромдіопсиду).

Методи дослідження – гоніометрія та фотогоніометрія, УФ-, ІЧ- та оптична спектроскопія, електронна мікроскопія; рентгеноструктурний та мікрорентгеноспектральний аналіз й ізотопний аналіз, методи фотолюмінесценції (ФЛ) та електронного парамагнітного резонансу (ЕПР).

Наукова новизна отриманих результатів.

Здійснено порівняльний аналіз морфологічних особливостей кристалів алмазу з усіх відомих на сьогодні родовищ окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ. З'ясовано, що кількісні показники кривизни округлих кристалів відображають ступінь прояву процесів їх розчинення.

Підтверджена закономірність щодо взаємозв'язку морфологічних груп кристалів алмазу з комплексом їх фізичних властивостей. Виявлені особливості статистичного розподілу алмазів окраїн платформ за ізотопним складом вуглецю та вмістом домішкового азоту.

Виявлено рідкісну асоціацію включень гранату піроп-уваровіт-гросулярового складу з олівіном, котра належить до верлітового парагенезису, а також газово-рідке включення в кристалі алмазу, що свідчить про його глибинне (мантійне) походження.

Визначені оптико-спектроскопічні характеристики циркону з кімберлітів.

Типоморфізм алмазу та мінералів-супутників висвітлено в контексті структурно-тектонічних умов окраїн давніх платформ та обумовлених ними особливостей проявів алмазоносного магматизму.

Практичне значення отриманих результатів.

Виявлені типоморфні ознаки кристалів, що характеризують природну сукупність алмазів окраїн давніх платформ, та хіміко-морфологічні особливості їх мінералів-супутників, можуть бути використані в практиці геологічних робіт, передусім при пошуках родовищ алмазів на периферії давніх платформ і в складчастих областях.

Фактичний матеріал та особистий внесок автора. Впродовж десяти років роботи в Чернишевській геологорозвідувальній експедиції ВГО “Якутськгеологія” автором переглянуто близько 10 тисяч шліхових проб та концентратів збагачення з розмаїтих пошукових об'єктів західної та північно- східної частин Сибірської платформи, а також родовищ Архангельської алмазоносної провінції Східно-Європейської платформи. Виконано покристальний опис 15 тисяч індивідів, у т.ч. біля тисячі кристалів алмазу з мінеральними включеннями для еталонної колекції та подальших детальних досліджень.

Комплексне лабораторне вивчення мінералогічного матеріалу здійснювалося в Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (м.Київ), ВНІІалмаз (м. Москва), Інституті геології ЯФ СВ АН (м. Якутськ), Мирнінській філії ЦНІГРІ (м.Мирний), спецлабораторії Амакінської експедиці (сел.Нюрба, Якутія). Переглянуто колекції алмазів, що тимчасово зберігаються в пошукових експедиціях та наукових лабораторіях Росії і України.

Автором здійснено відбір мінералогічного матеріалу, а також його комплексне мінералогічне дослідження, перш за все кристалів алмазу та мінералів-супутників. Проведена статистична обробка результатів аналітичних досліджень, виконано їх порівняльний аналіз, напрацьовані наукові висновки щодо походження кристалів алмазу розсипищ, корінні джерела яких достовірно не встановлені.

Апробація та публікація результатів роботи.

Результати досліджень доповідалися на сесіях Якутського відділення Всесоюзного мінералогічного товариства (Якутськ, 1988, 1990), конференціях молодих вчених та спеціалістів Мирнінського району Якутії (Мирний, 1988, 1989), третій європейській нараді “Спектроскопічні методи в мінералогії” (Київ, 1996), Міжнародній науково-практичній конференції “Прогнозування та пошуки корінних алмазних родовищ” (м.Сімферополь-м.Судак, 1999), ХІІ Міжнародній нараді з геології розсипищ та родовищ кор вивітрювання (м. Москва, 2000).

Основні положення дисертації викладені в статтях, що опубліковані в “Минералогическом журнале” (т.ХІV, №2, 1992 і т. ХХІ, № 2/3, 1999), журналі “Геохимия” (№2, 1992), Мінералогічному збірнику Львівського університету (вип.І, № 44, 1990), збірниках наукових праць “Топоминералогия и типоморфизм минералов”, “Минералогические аспекты металлогении Якутии” (Якутськ, 1988 і 1990) та тезах доповідей трьох міжнародних наукових конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 6 розділів, висновків, що викладені на 140 сторінках текстової частини, та ілюстрована 31 фото, 30 рисунками і 15 таблицями. Список використаної літератури - 223 джерела.

Автор висловлює глибоку подяку за творчу ідею та допомогу у проведенні досліджень своєму науковому керівникові – доктору геолого-мінералогічних наук В.М.Квасниці.

В різні періоди роботи автор мала можливість отримувати консультації, обговорювати результати та обмінюватися думками з широким колом вчених і фахівців у галузі мінералогії та геології алмазу. Серед них В.П.Афанасьєв, Ю.А.Біленко, Е.І.Борис, В.І. Вуйко, Д.К.Возняк, Ю.О.Клюєв, Т.Н.Лупашко, С.С.Мацюк, А.І.Махін, В.П.Миронов, К.Н.Нікішов, В.І.Павлишин, О.М.Платонов, В.Т.Підвисоцький, З.В.Спеціус, М.М.Таран, А.М. Таращан, О.Д.Харьків, Е.О.Шамшина. Моїми вчителями та колегами в період роботи в Якутії були М.М.Зінчук, В.М.Щукін, В.Ф. Кривонос, А.Т.Васильєв, В.І. Коптіль, В.Р.Захарова, К.П.Аргунов, С.О.Граханов. Усім їм, є також геологам Ебеляхської ГПП О.В.Толстому та А.С.Кириліну висловлюю щиру вдячність. Моя особлива подяка О.С.Кислякову за допомогу при виконанні комп'ютерної графіки та В.П.Конєвській за постійну підтримку й розуміння.

Зміст роботи

Розділ 1

Геологічна характеристика та основні відомості про алмази корінних та розсипних родовищ окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ

В цьому розділі висвітлені геологічні умови залягання та основні характеристики алмазів з усіх відомих донині родовищ окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ за матеріалами попередніх дослідників. Зроблена їх порівняльна оцінка з найбільш багатими алмазними родовищами Якутської алмазоносної провінції, яка визнається повнозональною та добре вивченою серед алмазоносних провінцій світу. Відмічені закономірні зміни морфології кристалів алмазу від центру до периферії Сибірської платформи: зниження частки плоскогранних індивідів ряду октаедр-ромбододекаедр (І-ий різновид за Ю.Л.Орловим) та збільшення процентного вмісту округлих кристалів в усіх гранулометричних класах. Схожа тенденція в поширенні кривогранних кристалів алмазу спостерігається для корінних та розсипних родовищ, розташованих на периферії Східно-Європейської платформи.

За результатами комплексного вивчення алмазів (Бартошинський, 1966, 1983, 1984; Горіна, 1973; Прокопчук, 1974; Орлов, 1984; Коптіль, 1994, 1999 та ін.) Сибірська алмазоносна провінція поділена на 4 субпровінції: Центрально-Сибірську, Лєно-Анабарську, Тунгуську та Алданську. Кристали алмазу з розсипищ Лєно-Анабарської субпровінції характеризуються підвищеною крупністю індивідів, у порівнянні з розсипищами центральної частини платформи, перевагою типових додекаедроїдів і темних, переповнених включеннями графіту, комбінаційних багатогранників ряду октаедр-ромбододекаедр та їх зростків при невеликому (до 10%) вмісті октаедрів і перехідних форм. Підвищена кількість (3-10%) припадає на жовто-оранжеві та зелені кубоїди, що дуже рідкісні в кімберлітових тілах Якутії, але характерні для кімберлітів Біломор'я. Більшість кристалів характеризується високим вмістом домішкового азоту та широкими варіаціями ізотопного складу вуглецю. Серед вивчених включень в кристалах алмазу значну частку складають мінерали еклогітової асоціації.

Відомі на північному сході Сибірської платформи кімберлітові тіла мезозойського віку вміщують дрібні кристали алмазів переважно І-го різновиду зі збільшеною кількістю комбінаційних багатогранників ряду октаедр-ромбододекаедр, при повній відсутності кристалів ІІ, V та VІІ різновидів. Алмази характеризуються синьо-голубим та зеленим кольором фотолюмінесценції в ультрафілотовому промінні та пониженим вмістом домішкового азоту.

Округлі кристали переважають в Тунгуській субпровінції на південному заході Сибірської платформи, їх знахідки відмічені в Алданській субпровінції на південно-східній окраїні платформи.

В межах Східно-Європейської платформи та прилеглих до неї складчастих поясів нині відомі три райони з промислословою алмазоносністю: Зімнебережний район кімберлітового магматизму в Архангельськії області та два райони розсипної аламзоносності на Середньому Тімані та Західному Уралі. Знахідки кристалів алмазу відомі в Україні та в Прибалтиці, алмазоносні кімберлітові тіла виявлені на Кольському півострові та в Фінляндії.

Алмази з кімберлітів Архангельської алмазоносної провінції вивчалися В.К.Соболєвим, З.В.Бартошинським, А.І.Махіним, О.Д.Захарченко, С.Н.Бекешою, О.Ю.Палкіною, І.В.Побережською та ін.. Ними встановлена перевага кривогранних кристалів ромбододекаедричного габітусу серед крупних індивідів та плоскогранних октаедрів, рідше кубів в гранулометричному класі < 0,5 мм. Кристали мають низьку питому інтенсивність рентгенолюмінесценції, найчастіше зустрічаються жовті, сірі, димчасто-коричневі кристали, є знахідки алмазів з зеленими плямами пігментації; на поверхні кристалів проявлені матовість, смуги пластичної деформації, мікроскульптури розчинення.

На Тімані кристали алмазу відомі в сучасному алювію рік і в комплексному алмаз-золото-рідкіснометальному розсипі Ічетью середньодевонського віку. Алмази вивчені О.Д.Захарченко (1993), А.Б.Макєєвим та ін.(1999). За формою переважають кривогранні кристали (октаедроїди та тетрогексаедроїди), на другому місці – напівокруглі багатогранники з майже однаково розвинутими формами {110} та {111}. Октаедричних кристалів найбільше в дрібних гранулометричних класах. На деяких індивідах проявлені фігури розчинення, плями пігментації та сліди механічного зносу.

Класичні результати дослідження алмазів Уралу викладені в працях І.І.Шафрановського (1948) та О.О. Кухаренка (1955). Ці ж автори виділили й обґрунтували особливий тип гладкограних додекаедроїдів – “уральський” (аналог бразильського). Утворення алмазвміщуючих гравелітів такатінської світи Західного Уралу сучасними дослідниками (Рибальченко та ін., 1999) пов'язується з флюїдізитно-експлозивними процесами, зреалізованими в процесі тектонічної активізації окраїн Східно-Європейської платформи в четвертинному періоді.

На території України виявлені алмази кімберлітового, лампроїтового, метаморфічного(?) та імпактного походження, а також кристали особливого морфологічного типу (тетрагексаедроїди з витягнутими верхівками та куби і кубоїди бузкового кольору), походження яких не з'ясовано (Квасниця та ін., 1999). У зоні зчленування складчастих структур Донбасу з Приазовським кристалічним масивом і центральній частині Українського щита відкрита група кімберлітових (лампроїтових) тіл. Оцінка їх алмазоносності здійснюється.

У зв'язку з розвитком нових технологій нині підвищений інтерес викликають родовища, в яких знайдені унікальні типи кристалів: індивіди з низьким вмістом азоту, рідкісними кольоровими відтінками, особливими кристалографічними характеристиками. Тому питання про генетичні джерела своєрідних за формою і структурою кристалів алмазу з розсипищ північного сходу Якутії, Тіману, Уралу та України набуло особливої актуальності.

Розділ 2

Морфологія кристалів алмазу

Проблема пошуку корінних джерел для кристалів алмазу невстановленого генезису, пов'язаний з нею аналіз поширення округлих кристалів серед відомих родовищ і проявів, дозволили припустити існування особливої природної асоціації кристалів, властивої окраїнним частинам давніх платформ. Вперше на це звернув увагу З.В.Бартошинський, маючи на увазі алмазні родовища північного сходу Якутії. На прикладі нині відомих алмазних родовищ окраїн давніх платформ Євразії ми підтвердили це припущення, виявили типоморфні ознаки, які стосуються кристалів алмазу та мінералів-супутників із вивчених нами об'єктів.

За літературними та нашими даними, співвідношення між габітусними типами кристалів алмазу з родовищ окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ (Рис.1) свідчить про перевагу кривогранних алмазів в корінних та розсипних джерелах. Дещо інше співвідношення, зафіксоване для алмазів Українського щита, ймовірно, пов'язано з недостатньою кількістю даних (для кристалів з протерозойських та палеозойських відкладів) та специфічністю форм мікрокристалів з розсипищ неогенового віку. Мікрокристали алмазу з інших джерел окраїн платформ найчастіше представлені октаедрами, кубами, тетрагексаедрами. Крім загального аналізу форм кристалів алмазу, описаних різними авторами, нами проведено інструментальне вимірювання кривизни найбільш поширених представників морфологічних типів з метою з'ясування можливих причин та закономірності утворення кривогранних форм. Аналіз опублікованих статистичних даних засвідчив, що визначення габітусного типу кривогранних кристалів, на відміну від плоскогранних індивідів, викликає істотні труднощі й робить результати досліджень різних авторів важкопорівнювальними.

Гоніометричні дослідження найбільш типових індивідів округлих кристалів (розсипище р.Біллях Анабарського алмазоносного району) проведені на фотогоніометрі з циліндричною камерою, з використанням рентгенівської фотоплівки Фт-41, джерела світла від звичайного освітлювача ОІ-19 та лазера ЛГІ (л=7400нм). Фотограми розшифровані за допомогою сітки Реша. Результати цих замірів наведені в таблиці 1.

Фотогоніометричне дослідження округлих і напівокруглих кристалів алмазу засвідчило, що за параметрами кривизни реальні кристали істотно відмінні за відповідними показниками від ідеального октаедроїда, додекаедроїда, або тетрагексаедроїда. Дуже часто за параметрами світлових трикутників серед індивідів одного морфологічного типу неможливо відрізнити октаедроїди від додекаедроїдів або перехідних форм. Водночас, інструментальне вивчення кривогранності кристалів алмазу дозволяє отримати важливу інформацію щодо ступеня їх розчинення (збереження) в різних родовищах та здійснювати порівняльний аналіз кривизни певних округлих кристалів з алмазоносних провінцій світу.

Деякі відмінності округлих кристалів алмазу за параметрами кривизни з різних корінних та розсипних джерел можуть бути зумовлені нерівномірним представництвом вивчених кристалів. Зрозуміло, що статистично забезпечене гоніометричне дослідження типових представників округлих алмазів буде відображати реальну картину ступеня кривогранності кристалів конкретного родовища.

По мірі нагромадження статистичних даних про параметри кривизни кристалів алмазу з різних регіонів світу відмінність між значеннями кутових величин нівелюється, що свідчить про принципово єдину природу процесу утворення округлих поверхонь на кристалах алмазу. Неоднаковими можуть бути інтенсивність прояву процесу та дія його на кристали, що знаходить віддзеркалення в варіаціях параметрів стосовно певних родовищ.

Фотогоніометричне дослідження кристалів алмазу з розсипища р.Біллях свідчить про специфічність морфології алмазів ІІ, V та VII різновидів за параметрами кривизни та їх світових картин. Серед округлих алмазів І різновиду зафіксовано ряд від октаедру до додекаедроїду з перехідними формами, октаедроїдом у тому числі.

Завершальні етапи росту та перетворення кристалів алмазу віддзеркалені в мікроморфології їх поверхні. Нами вивчені найбільш типові акцесорії росту та форми розчинення, які ускладнюють поверхню округлих кристалів. Їх розвиток неоднаковий на індивідах з різних родовищ, однак характер прояву процесу та геометрія форм ідентичні і тому якісна картина повторюється на кристалах з просторово роз'єднаних об'єктів.

Вивчення мікротопографії скульптури граней кристалів алмазу виконано за допомогою просвічуючої (мікроскоп ЕВМ-100Л, метод реплік) та растрової електронної мікроскопії (мікроскоп РЕМ-100У). Крім звичайних акцесоріїв росту, на поверхні кристалів алмазу з розсипищ поширені досить характерні скульптури, здебільшого епігенетичного походження: кільцеві та дискові форми, сліди пластичних деформацій та механічного зносу. Для кристалів алмазу з розсипищ північного сходу Сибірської платформи виявлені такі особливості мікрорельєфу поверхні, як узори ромбічних та серпоподібних тріщин, лідникова скульптура та кулеподібні кристали з грубим орнаментом. Їх утворення може бути спричинене як регіональним метаморфізмом, так і окисненням в середовищі з підвищеною агресивністю, що могло статися внаслідок плавлення вміщуючих порід при впровадженні магматичних розплавів (Жихарева, 1980).

Деякі дослідники відносять полікристали алмазу ХІ різновиду до ендогенних утворень. Оскільки вони присутні в усіх гранулометричних фракціях розсипищ північного сходу Якутії, то ми вивчили особливості їх будови та топографії поверхні. Ці агрегати є алмаз-лонсдейлітовими параморфозами по графіту. Електронно-мікроскопічне вивчення їх тонких елементів морфології дозволило виділити мікронні та субмікронні ізометричні, псевдогексагональні, псевдотригональні, кубічні, іноді субоктаедричні форми, котрі є кристалітами кубічної фази, зануреними в алмаз-лонсдейлітову матрицю. Переважає субпаралельна орієнтація кристалітів. Мікробагатогранники мають різний ступінь досконалості: від слабо виражених кубооктаедрів до ізометричних октаедрів. Вірогідно, дифузійний ріст дрібних багатогранників кубічного алмазу здійснювався автоепітаксично на кристалах алмаз-лонсдейлітової матриці, в свою чергу утвореної шляхом твердофазного переходу графіт-алмаз в ударній хвилі. Ці особливості топографії імпактних алмазів ілюструють деякі етапи перетворення гексагональної модифікації вуглецю в кубічну.

Розділ 3

Конституція кристалів алмазу

Специфіка конституції кристалів алмазу визначається хімічним складом, природою та концентрацією дефектів кристалічної структури, а саме: домішковими дефектами, вакансіями, дислокаціями, комплексами (асоціаціями) дефектів.

Основними елементами-домішками в кристалах алмазу є азот і водень. Концентрація та форма азотних дефектів визначаються передусім термобаричними умовами алмазоутворення та епігенетичними перетвореннями.

Ізотопний склад вуглецю. Кристали з розсипищ північного сходу Якутії характеризуються найбільш широким діапазоном значень д13С – від –1 до –30‰ й відночас “полегшеним” ізотопним складом вуглецю в порівнянні з алмазами кімберлітових тіл цих районів. Частка алмазів з вмістом д13С <-10‰ становить в цьому регіоні близько 50%, що узгоджується з підвищеною кількістю в розсипищах алмазів еклогітового парагенезису та підтверджує спряженість

широких коливань ізотопного складу вуглецю д13С с певним морфологічним типом кристалів – додекаедроїдами. Для додекаедроїдів з краплеподібною скульптурою з архангельських діатрем розкид значень д13 С становить від –7,5‰ до -22,1‰. Дані з ізотопії вуглецю всієї сукупності кристалів алмазу з розсипищ окраїн платформ засвідчують існування ширшого діапазону значень д13С у порівнянні з алмазами з кімберлітів та пов'язаних з ними розсипищ центральних районів провінції (Галімов, 1984, 1994; Грицик, Загнітко, 1988; Cartigny et al, 1998) (Рис.2). Мікрокристали алмазу з неогенових, полтавсько-сарматських відкладів на території України також мають “полегшений” ізотопний склад вуглецю – д13С для октаедрів становить –13,7ч –14,0‰; для кубів –16,9ч –20,5‰; для додекаедроїдів – 21,0‰ (Кравцов та ін., 1980).

Домішкові та структурні дефекти кристалів алмазу з корінних та розсипних родовищ окраїн платформ вивчено з різною детальністю. Тому не має можливості всебічно порівняти дефектність кристалічної структури алмазів з усіх об'єктів. Однак отримані нами дані та літературні матеріали свідчать як про значну різноманітність, так і про певну специфічність вивчених кристалів за наявністю та концентрацією домішкових і структурних дефектів.

Методом ІЧ-спектроскопії оцінено вміст основних азотних дефектів А, В1, В2 и С в кристалах з розсипищ північного сходу Сибірської платформи. Через прояв А, В1 та С-дефектів в одній і тій же області ІЧ-поглинання 1400-900см-1 інтенсивність смуг кожного з дефектів б обчислювалася аналітично. Положення максимумів головних, тобто найбільш сильних характеристичних смуг таке: 7,8 (1282); 8,5(1175) и 8,8мкм (1135см-1). Вміст найпоширеніших азотних дефектів А, В1 та В2 оцінювався коефіцієнтами поглинання бі за співвідношеннями: бА=1,2(б7.8 – 0,4 б8,5); бВ1= 1,2(б8,5 – 0,42б7.8) (Клюєв, 1983).

Парамагнітний С-дефект у вивчених кристалах має незначну концентрацію і зафіксований, головним чином, у кристалах кубічного габітусу. Загальна кількість кристалів з С-дефектом не перебільшує 10%. 50% і більше зразків мають смугу В2, положення якої коливається від 1360 до 1365см-1, зміщуючись до 1355см-1 в кристалах з низьким вмістом азоту. 5% вивчених кристалів характеризуються смугою В2, яка проявляється на спектрах дуплетом, засвідчуючи наявність в кристалі двох зон з різним розвитком площинних азотних В2–дефектів. Уламки та зростки кристалів містять більше В2-дефекту, ніж індивіди досконалої кристалографічної форми.

А-дефект спостерігався у 75% вивчених кристалів. Діапазон розрахованих значень бА становить від 0,8 до 85,0 для октаедрів (середнє значення 37,9) та додекаедроїдів (середнє 32,7). У кубічних кристалах цей параметр змінюється у вузьких межах: від 0,8 до 7,9. В1-дефект зафіксовано у 63% кристалів. Коливання бВ1 склали 0,6 - 34,5, максимальні значення зафіксовані в октаедрах (середнє 12,0) і додекаедроїдах (середнє 11,3), мінімальні в кубах (5,6). Значення бВ2 вираховано для 82% вивчених кристалів і коливається від 0,3 до 21.1, складаючи у середньому 6.4 в октаедрах і додекаедроїдах. Всі три дефекти одночасно спостерігалися у 70% кристалів.

Наші дані не підтверджують виявлену раніше відмінність між крупними та дрібними кристалами алмазів з кімберлітових тіл Архангельської алмазоносної провінції за вмістом А-, В1- та В2-дефектів (рис.3) та загальним середнім вмістом домішки азоту, а також відмінність за цими ознаками архангельських алмазів від якутських, як більш азотних. Для кімберлітів Архангельської області характерні високоазотні алмази з концентрацією цієї домішки (30-40)*1019ат/см-3. Прихованошаруваті округлі кристали алмазу та індивіди V та VII різновидів, що переважають у розсипищах північного сходу Сибірської платформи, теж містять відносно велику кількість азоту.

На основі кількісної оцінки коефіцієнтів ІЧ-поглинання основних дефектів 35 відносно крупних кристалів алмазу з Тіману (Клюєв, 1988) встановлено, що загальний вміст азоту складає 0,06 - 0,3%. С-дефекти в цих кристалах методом ІЧ-спектроскопії не виявлені. 10% алмазів – низькоазотні; 15% кристалів містять азот у формі В1-центрів, решта кристалів віднесені до змішаного типу фізичної класифікації.

Для більшості вивчених мікрокристалів алмазу з полтавсько-сарматських відкладів на території Українського щита характерний низький загальний вміст азоту. Серед азотвміщуючих різновидів переважають індивіди з концентрацією домішки 5*1019ат/см-3, в яких встановлені всі основні азотні дефекти.

Аналіз результатів поширеності А-дефектів серед кристалів з розсипищ північного сходу Сибірської платформи, виявлених методом УФ-спектроскопії (аналітик Ю.М.Біленко) свідчить, що алмази різних родовищ і морфологічних типів істотно відрізняються за вмістом і розподілом цього дефекту (рис.4). Кристали V та VII різновидів є найбільш високоазотні: (25-35)*1019ат/см-3, їх розподіл одномодальний і майже симетричний. Для кристалів цих різновидів властива майже повна відсутність індивідів з вмістом азоту менше ніж 10*1019ат/см-3. Розподіл алмазів ІІ різновиду представлений двомодальною кривою з максимумами в інтервалах (5-10) та (15-20)*1019ат/см-3. Криві розподілу алмазів октаедричного та перехідного габітусів мають різко асиметричну будову з максимумом в інтервалі (0-5)*1019ат/см-3. Схожий розподіл показують також алмази ромбододекаедричного габітусу з ламінарною будовою граней, однак з деяким зміщенням основного максимуму в бік значень (5-10)*1019ат/см-3 та більш чітким проявом високоазотного максимуму.

Крива розподілу округлих алмазів “уральського” типу за вмістом домішки азоту має яскраво виражену двомодальну будову з ще більшим зміщенням основного максимуму в високоазотний бік – (10-20)*1019ат/см-3. Кривогранні ромбододекаедри з шагренню мають один максимум в інтервалі (5-10)*1019ат/см3, що зближує їх з частиною ламінарних ромбододекаедрів. Наведені дані дозволяють припустити дефектну гетерогенність кристалів алмазів навіть у межах одного морфологічного різновиду.

Дефекти, виявлені за допомогою фотолюмінесценції (ФЛ) та електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) в кристалах алмазу з різних джерел окраїн платформ, близькі за набором, однак частота зустрічі дефектів в кожному районі неоднакова (таблиця 2).

Дефект N3 зустрічається майже в усіх кристалах і відповідає за синє свічення. Часто йому супутній дефект Н3, що спричинює жовте свічення й генетично пов'язаний з А-дефектом. Оскільки в вивчених кристалах азотний дефект В1 розвинений слабкіше, ніж А, то пов'язані з ним центри жовтого свічення Н4 та S2 також рідше фіксуються на спектрах вивчених зразків. При температурі рідкого азоту в деяких зразках встановлено високі значення центру S1, що підтверджує висновок дослідників (Хренов,Палкіна; 1995, 1999) про те, що для об'єктивної оцінки частоти зустрічі того чи іншого дефекту серед кристалів різних родовищ та ідентифікації слабо проявлених центрів, необхідно проводити дослідження в низькотемпературних умовах.

Таблиця 2

Домішкові та структурні дефекти кристалів алмазу за даними

фотолюмінесценції й електронного парамагнітного резонансу

(за нашими та літературними даними)

Сибірська платформа Східно-Європейська платформа

Північно- східні райони Південно- західні райони Архангельська алмазоносна провінція Тіман Урал Україна

N3 H3 H4 S2 S3 з системою 793 нм 490,7 578 575 640 GR1 536 603,8 700 788 489 526 N3 H3 H4 GR1 ND1 594 S1 S2 N3 H3 S1 H90,7 H4 H3 523,8/S2 788/793 526 575 603,8 630 694 700 GR1 S3 N3 H3 H4 S2 S3 575 638 490,7 GR1 N3 H3 H4 490,7 534 575 S1 GR1 H3 N3 575 GR1 H3 H4 S1 S2 638 490,7 788 409 539

P1 P2 N2 C – C OK1 дані відсутні P1 P2 N2 P1 P2 P3 NV и NV2 P1 P2 W7 NE1 NE3 OK1 P1 P2

У кристалах з протерозойських відкладів Українського щита домінують центри люмінесценції Н3 та 575 нм. В алмазах з четвертинних відкладів провідна роль належить дефектам радіаційного походження – 575 нм, Н3, Н4 и GR1. Кристали Самотканського розсипища характеризуються центрами 409 нм, N3, Н4, Н3, 539 нм.

Характерні типи спектрів ФЛ встановлені нами для алмазів ІІ та ХІ різновидів: ІІ – (N3= 510=540) >600; N3< 510<540>600 та 540>600; ХІ - N3, 510<540>570>600>700. Колір ФЛ цих різновидів жовтий, янтарно-жовтий, яскравість свічення складає 1-3 умовних одиниці. У деяких морфологічно різних кристалах виявлено зональний розподілення ФЛ-параметрів.

У кристалах з розсипищ північного сходу Сибірської платформи методом ЕПР на серійному спектрометрі РЕ1306 нами встановлені такі парамагнітні центри: Р1 (або N, атом азоту, що заміщує С), Р2 (або N3V, вакансія вуглецю з трьома атомами азоту в найближчому оточенні), центр, пов'язаний з розірваними вуглецевими зв'язками С-С та центр ОК1. Розраховані їх параметри у відносних одиницях на грам речовини та проведено розподіл алмазів на групи за вмістом і концентрацією парамагнітних центрів. Проведено зіставлення отриманих результатів з даними інших дослідників (Мінєєва та ін., 1996; Макєєв та ін., 1999; Лупашко та ін., 1999; Миронов та ін., 1999) .

Розділ 4

Включення в кристалах алмазу

У кристалах алмазу з родовищ окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ встановлені два типи включень мінеральних парагенезисів: ультраосновний та еклогітовий (таблиця 3).Вміст мінеральних включень еклогітового парагенезису тут вищий, ніж у кристалах алмазів з відомих родовищ центральних районів Якутії.

Нашими спостереженнями виявлено серед включень у кристалах алмазу досить рідкісні та незвичайні асоціації мінералів. В одному з кристалів (двійник округлих індивідів масою 28,4 мг, типVI, за класифікацією З.В.Бартошинського, тип Іа за фізичною класифікацією, з ізотопним складом вуглецю д13С = - 17,3‰) було діагностовано унікальну мінеральну асоціацію “Cr-Ca-гранат - олівін”, що належить до верлітового парагенезису, рідкісному серед ксенолітів мантійних порід. Раніше був зафіксований в алмазах лише двічі (Соболєв та ін., 1970; В.В.Селіванова).

Як мінерали-в'язні, в алмазі знайдені три різного складу, забарвлення та розміру (від 0,1 до 0,6 мм) включення гранатів та безбарвне зернятко олівіну розміром 0,1 мм. За допомогою гоніометру вивчена кристаломорфологія вилучених включень. З'ясовано, що їх огранка цілком індукована алмазом. Встановлено хімічний склад гранатів (СаО=15,28-20,18% при Cr=6,79-7,29 та залізистості f=0,22-0,29). Висока залізистість властива також олівіну (f=0,11). Водночас він має найменшу магнезіальність і містить значну кількість домішок хрому та нікелю.

Таблиця 3

Мінеральні включення в кристалах алмазу

(за нашими і літературними даними)

Мінерали та парагенезиси Розсипища північного сходу Сибірської платформи Кімберліти Архангельської алмазоносної провінції Розси-пища Тіману Розси-пища Уралу Розси-пища України

% алмазів з твердими включеннями 60% 35% 25% 40% 10%

Ультраосновний парагенезис: Олівін Енстатит Cr-піроп Сr-шпінель Cr-діопсид Мg-ільменіт Циркон Алмаз Сульфіди + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Эклогітовий парагенезис: Омфацит Піроп-альмандин Дістен (кіаніт) Коесіт Рутіл Хроміт Сульфіди + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +?

Інші включення: Флогопіт Самородні елементи Графіт + + + + + + + +?

Еволюція огранки індивідів алмазу від кубооктаедричної в центрі до октаедричної в периферійній зоні, яка спостерігалася на індукованих формах гранатових включень, а також зміна складу гранатів “по розрізу” кристала, дозволяють припустити значну зміну термічного режиму та хімічних умов середовища мінералоутворення у процесі росту цього індивіду. Такий висновок також узгоджується з зональним розподілом дефектів структури алмазу, встановлений за даними фотолюмінесценції.

Мінеральне розмаїття твердих включень у межах одного індивіда зафіксовано в кристалах Архангельської алмазоносної провінції (Захарченко, 1991,1993). При цьому відмічено високу залізистість та максимальний вміст К2О в клинопіроксенах. Тут також більшість твердих включень представлена мінералами ультраосновного парагенезису, однак серед гранатів переважають різновиди еклогітового парагенезису. Схожі гранатові включення властиві для алмазів Уралу, більшість з яких, за результатами оптико-спектроскопічних досліджень, потрапляє у поле алмазоносних магнезіально-залізистих, дистенових та корундових еклогітів (Мацюк, Шеманіна, 1987).

Статистичних даних для напрацювання впевнених висновків про співвідношення глибинних парагенезисів мінеральних включень в алмазах Тіману недостатньо. Відома лише присутність серед включень мінералів ультраосновного парагенезису та знахідка ясно-оранжевого гранату (Захарченко та ін., 1993).

У дрібних кристалах алмазу з неогенових (полтавсько-сарматських) відкладів України інструментально діагностовано алмаз та олівін (Квасниця, 1985).

Знахідки газово-рідких включень в алмазах, зважаючи на їх виняткову рідкість, мають велике значення для встановлення фазових переходів, геохімічної еволюції мінералоутворюючого середовища та процесів перетворення мінералів. Таке включення виявлено нами в одному з вивчених кристалів на поверхні стику мінерала-господаря та твердого включення. Його охолодження в інтервалі –89?-102?С спричинило утворення твердої фази (метастабільний фазовий перехід). Нагрівання супроводжувалося її розчиненням при температурі –68+ 0,2?С. Ця фаза представлена СО2. Повторне охолодження рідини до –196?С не супроводжувалося її гетерогенізацією. Ця знахідка описана як перше достовірне візуальне спостереження “скрапленого” газу в природному алмазі (Возняк та ін., 1992). За температурою плавлення СО2 в системі N2-CO2 було оцінено склад виявлених у включеннях газів: кількість N2 становила 70-90% від загального об'єму газу.

Розділ 5

Типоморфні ознаки мінералів-супутників алмазу

У дисертації детально розглянуто лише ті мінерали-супутники, котрі найбільш характерні для алмазоносних розсипищ і шліхових ореолів на периферії платформ. Передусім, це розмаїті кристали гранату та циркону, які утворюють стійкі парастеричні асоціації з алмазом. Далеко не всі їх різновиди є глибинними високобаричними утвореннями, а пов'язані з алмазами спільними умовами знаходження, оскільки мають близьку густину та порівняно високу твердість.

Хімічний склад та колориметричні характеристики кристалів піропу є надійним критерієм для визначення їх парагенетичної належності та оцінки потенціальної аламзоносності першоджерел (Мацюк та ін., 1985). Внаслідок грунтовного вивчення ксенолітів глибинних порід ультраосновного та основного складу встановлено близько 30 гранатвміщуючих парагенезисів. Аналіз масових результатів мікрозондових і оптико-спектроскопічних досліджень дозволяє зробити висновок про зменшення різноманіття гранатвміщуючих глибинних парагенезисів на периферії аламзоносної провінції у порівнянні з її центральними областями.

Гранати еклогітового парагенезису, що вельми часті серед гранатових включень в алмазах розглянутих районів, виключно рідко зустрічаються в кімберлітовому цементі і практично не зустрічаються в розсипищах. Більшість фігуративних точок складу гранатів з родовищ окраїн давніх платформ потрапляє в поле гарцбургітового та лерцолітового парагенезисів. Для піропів з розсипищ північного сходу Сибірської платформи, Тіману, Уралу та Українського щита властива специфічна форма кубоїдів лілово-малинового кольору з краплеподібною поверхнеі, без тріщин.

Фігуративні точки складу піропів з трубок Приазовського блоку Українського щита розташовані, переважно, в полі лерцолітового парагенезису (61,7%), а на частку верлітового та дуніт-гарцбургітового парагенезисів припадає відповідно 17,6 та 15,3%. У поле алмазної асоціації потрапило три точки, що відповідає 2,5% від загальної кількості індивідів ультраосновної асоціації серед досліджених гранатів (Васильченко та ін., 1999). Найдавніші докембрійські відклади білокоровицької світи вміщують гранати, характерні для лерцолітів, вебстеритів та еклогітів.

Циркон знайдено в декількох тілах центральних районів Якутської алмазоносної провінції, а також у кімберлітах Верхньомунського, Нижньооленьокського, Прилєнського алмазоносних районів. Вміст цього мінералу в кімберлітах незначний - коливається від 1 до 20 г/т породи. Однак в розсипищах північного сходу Сибірської платформи він є домінуючим мінералом серед мінералів важкої фракції. З метою пошуку надійних критеріїв розбраковки цирконів з розсипищ та їх ідентифікації при використанні в практиці геолого-пошукових робіт, ми зосередили увагу на дослідженні кристалів циркону з розсипищ та деяких кімберлітових і карбонатитових тіл. Циркон з кімберлітів має просту огранку – {110}-{111}. Циркони з кімберлітів характеризуються сталістю хімічного складу, незалежною від родовищ. Типоморфною ознакою циркону з кімберлітів є виключно низький вміст рідкісних та радіоактивних елементів, який відрізняє його від цирконів корових порід. Нами проаналізовано оптичні- та ЕПР-спектри природних кристалів циркону, розглянуто пошукове значення виявлених спектроскопічних властивостей. Встановлено також, що типоморфною ознакою цирконів з карбонатитів є присутність на їх спектрах, знятих при кімнатній температурі, вузьких ліній поглинання (найбільш інтенсивної лінії 15300см-1), обумовлених домішками іонів U4+ та рідкісних земель. Вміст останніх є значно вищий у порівнянні з кімберлітовим цирконом. Тому оптичні спектри цирконів з карбонатитів набувають у процесі відпалювання при температурі 450-500?С конфігурацію, яка близька для кристалів з кімберлітів, що свідчить про їх різну терморадіаційну історію, але достатньо близькі умови утворення.

З усього розмаїття кристалів циркону в розсипищах їх частка кімберлітового генезису становить перші відсотки за результатами досліджень спектроскопічними методами (Третьякова, 1998), а основна маса цирконів з розсипищ генетично пов'язана з лужними сієнітами, карбонатитами, пегматитами, граніто-гнейсами та іншими породами фундаменту платформи.

Широкі варіації складу та нестійкість в умовах гіпергенезу зменшують пошукове значення хромдіописиду. Ми спробували пов'язати особливості кристалогенезису хромдіопсиду зі ступенем розвитку його ідіоморфної огранки з метою оцінки умов кристалізації. Отримані результати дослідження свідчать про те, що середовищем утворення хромдіопсиду з трубки ім.Карпинського Архангельської алмазоносної провінції були мантійні розплави. В кімберлітовій магмі, ймовірно, відбувалося розчинення кристалів хромдіопсиду.

Розділ 6

Типоморфізм кристалів алмазу в контексті структурно-динамічних особливостей окраїн давніх платформ, теорії глобальної тектоніки плит та прогнозу алмазних родовищ

У відповідності до теорії глобальної тектоніки літосферних плит та гіпотези “дрейфу” континентів, ті чи інші окраїни давніх платформ періодично знаходяться в режимі субдукції й активного занурення або залишаються пасивними околицями жорстких масивів. Незважаючи на перетворення та деструкцію, вони все ж таки достатньо тривалий час зберігають або успадковують свою конфігурацію.

Морфологічний спектр кристалів алмазу з родовищ, розташованих на периферії давніх платформ, та їх конститутиційні особливості, ймовірно, спричинені специфічними умовами росту та існування в нестабільному середовищі з підвищеною контактністю порід кори та верхньої мантії, в умовах високих окиснювальних та відновлювальних потенціалів, викликаних переплавленням різних за складом порід. В цих умовах у середовище мінералоутворення постійно залучаються нові порції вуглецевої речовини з зони субдукції континентальних окраїн з “полегшеним” (коровим) ізотопним складом вуглецю. Породи зазнають впливу сил стискування різного напряму, яке може супроводжуватися багатократними процесами регенерації та розчинення кристалів, а також високотемпературним магматичним відпалюванням і графітизацією кристалів алмазу, що збереглися. Утворенню округлих алмазів могли сприяти й особливі форми алмазоносних порід - дайки та сілли, термін вистигання яких інший, ніж діатрем центрального типу. Зазначені особливості алмазів дозволяють передбачати можливість існування специфічних транспортерів, способів виверження та форм залягання корінних алмазоносних порід на межі давніх платформ та оточуючих їх складчастих поясів.

Висновки

(положення, що захищаються)

Алмази в розсипищах та корінних родовищах, нині відомі в периферійних районах давніх платформ Євразії, характеризуються комплексом типоморфних ознак, статистичні варіації яких помітно відрізняються від кристалів з родовищ центральних областей алмазоносних провінцій.

1. Морфологія кристалів алмазу з корінних та розсипних джерел окраїн Сибірської та Східно-Європейської платформ, як провідна індикаторна ознака, свідчить про загальну (спільну) тенденцію прояву алмазоносного магматизму в цих