Кристаллогенезис зонально-секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Сибирской платформы

Скузоватов, Сергей Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Кристаллогенезис зонально-секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Сибирской платформы
ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Кристаллогенезис зонально-секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Сибирской платформы"

На правах рукописи

005055В&Э

СКУЗОВАТОВ Сергей Юрьевич

КРИСТАЛЛОГЕНЕЗИС ЗОНАЛЫЮ-СЕКТОРИАЛЬНЫХ АЛМАЗОВ ИЗ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

25.00.05 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 9 НОЯ 2012

ИРКУТСК-2012

005055869

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирском национальном исследовательском государственном университете.

Научный руководитель: Шацкий Владислав Станиславович,

член-корреспондент РАН, профессор, доктор геолого-минералогических наук, директор ИГХ СО РАН

Официальные оппоненты: Владыкин Николай Васильевич,

доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией геохимии щелочных пород ИГХ СО РАН

Реутский Вадим Николаевич, кандидат геолого-минералогических наук, заместитель директора ИГМ СО РАН

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Минералогический музей им. А. Е. Ферсмана Российской академии наук (г. Москва)

Защита состоится «13» декабря 2012 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.059.01 при Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского 1А. Факс: (3952)427050. E-mail: korol@igc.irk.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского 1А. Автореферат разослан « 7 » ноября 2012 г.

Ученый секретарь совета, к. г.-м. н.

'Л Королева Г.П.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Многолетние исследования показали, что природные алмазы характеризуются разнообразием морфологических и физических свойств [Harrison, Tolansky, 1964; Suzuki, Lang, 1976; Орлов, 1984; Шацкий и др., 1998; Shatsky et. al., 1999]. Для природных алмазов известны случаи переогранения октаэдра в кубоид [Орлов, 1984; Boyd et. al., 1987, 1992, 1994] и кубоида в октаэдр [Zedgenizov et. al., 2006; Rondeau et.al., 2007; Скузоватов и др., 2011]. Кроме того, существуют описания кристаллов с выраженным секториальным строением и пирамидами роста плоских граней октаэдра и кривогранных поверхностей кубоида [Frank, 1967; Варшавский, 1968; Годлевский, Гуркина, 1977; Геншафт и др., 1977; Lang, 1974; Suzuki, Lang, 1976; Welbourn et. al., 1989, Шацкий и др., 1998; Bulanova et. al., 2002; Zedgenizov, Harte, 2004; Lang et. al., 2004, 2007; Rondeaue et. al., 2004]. Для кимберлитовых трубок Сибирской платформы данные о подобных алмазах имеют крайне отрывочный характер. Проведенное исследование типоморфных характеристик отобранных из представительной коллекции образцов направлено на решение проблемы их кристаллогенезиса.

Цель п задачи исследования. Цель данной работы заключалась в выявлении особенностей условий кристаллизации природных алмазов с признаками смены морфологии в процессе роста и/или совместного роста основных габитусных форм из ряда кимберлитовых месторождений Сибирской платформы на основании комплексных исследований морфологии, внутреннего строения, дефектно-примесного состава и изотопного состава углерода алмазов, а также содержания главных и редких элементов микровключений. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Определение особенностей морфологии и внутреннего строения кристаллов алмаза.

2. Выявление систематических вариаций характеристик дефектно-примесного состава алмазов и распределения основных дефектов по зонам и секторам роста алмазов.

3. Характеристика изотопного состава источника углерода алмазов.

4. Определение химического состава и геохимических особенностей среды кристаллизации алмазов на основе изучения микровключений.

5. Интерпретация полученных данных, сравнение с имеющимися результатами в литературе.

Фактический материал, методы исследований, личный вклад автора. Представленная работа содержит результаты исследования около 100 кристаллов природного алмаза с признаками смены морфологии и совместного роста двух габитусных форм. В процессе работы были получены и обработаны около 3 тысяч ИК-спектров, более 700 анализов состава микровключений рентгеноспектральным методом, для 9 кристаллов - содержания микроэлементов методом LA-ICP-MS, для 15 кристаллов методом SIMS (более 100 анализов) изучены локальные вариации изотопного состава углерода методом SIMS (более 100 анализов). Основная часть аналитических работ выполнена в лаборатории экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса и Аналитическом центре ИГМ СО РАН. Исследования методом рентгеновской топографии проведены в Институте ядерной физики СО РАН. Точечный изотопный анализ углерода выполнен методом масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) в Университете г. Эдинбург (Великобритания). Пробоподготовка, все исследования, за исключением локального изотопного анализа углерода и рентгеновской топографии, а также обработка и интерпретация исходных данных, выполнены автором самостоятельно. Работа выполнялась при поддержке проекта РФФИ 09-05-00985-а, интеграционных проектов СО РАН № 51 и №16.

Научная новизна.

1. Для кристаллов алмаза с облакоподобными микровключениями из трубок Интернациональная и Мир, представляющих собой результат смены габитусной формы от кубоида к октаэдру, установлено образование из окисленного флюида расплава существенно карбонатного состава. Также установлено, что центральные кубические зоны алмазов данного типа принадлежат к отдельной генерации кубоидов, для которой характерно более длительное время или более высокие температуры пребывания в мантии в сравнении с типичными волокнистыми кубоидами.

2. Для оболочек алмазов IV разновидности из трубки Сытыканская получены новые данные о силикатно-карбонатном составе их среды кристаллизации. Впервые получены данные по содержанию редких и рассеянных элементов в микровключениях в оболочках алмазов IV разновидности из трубки Сытыканская, подтверждающие наличие генетической связи между алмазогенерирующей средой и протокимберлитовым расплавом.

3. Впервые проведено комплексное исследование вариаций основных характеристик дефектно-примесного состава в пределах представительной выборки алмазов с ярко выраженной кубооктаэдрической секториальностью из кимберлитов Якутии.

Практическая значимость. Опыт комплексного исследования морфологии, внутреннего строения, дефектно-примесного и изотопного состава углерода алмазов, а также химического состава и геохимических особенностей среды кристаллизации, использованный в данном работе, может быть применим к другим месторождениям. Основная задача исследований является фундаментальной, однако полученные результаты исследования типоморфных характеристик могут быть практически использованы при разработке и улучшении прогнозных методов поиска алмазных месторождений и экспериментальных исследованиях.

Основные защищаемые положения:

1. Кристаллизация октаэдрических алмазов с центральной частью кубического габитуса происходила из окисленного расплава/флюида преимущественно карбонатного состава и сопровождалась утяжелением изотопного состава углерода во внешней октаэдрической зоне кристаллов (Д513С = 1,5-2%о). Согласно данным о степени агрегации азота, кристаллы с таким внутренним строением находились в мантии при более высокой температуре или в течение значительно более длительного периода времени в сравнении с кристаллами кубического габитуса и волокнистыми оболочками алмазов IV разновидности.

2. Кристаллизация оболочек алмазов IV разновидности из трубки Сытыканская происходила из обогащенного водой силикатно-карбонатного расплава/флюида, схожего по составу с микровключениями в алмазах кубического габитуса из целого ряда месторождений, и по времени близко к эпизоду кимберлитового магматизма. В отличие от других алмазоносных кимберлитов Сибирской платформы микровключения в алмазах из трубки Сытыканская характеризуются отрицательными аномалиями по магнию, высокозарядным элементам, переходным металлам и положительными аномалиями по крупноионным литофильным элементам.

азота в секторах роста {111} систематически выше в сравнении с секторами роста {100}, что обусловлено кристаллохимическими особенностями соответствующих граней.

Публикации и апробация работы. Главные научные и практические выводы докладывались и обсуждались на III, IV, V и VI Сибирских конференциях молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск, 2006, 2008, 2010, 2012 г.), И Международной конференции «Кристаллогенезис и минералогия» (г. Санкт-Петербург, 2007 г.), V Международной школе по наукам о Земле (г. Одесса, Украина, 2009 г.), XXVII Международной конференции «Геохимия щелочных пород» (г. Москва, п. Коктебель, Крым, Украина, 2010 г.), XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск, 2011 г.), Европейской Минералогической конференции (г. Франкфурт, 2012 г.). По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них - 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 168 страниц и сопровождается 45 рисунками и 4 таблицами. Список использованной литературы составляет 172 наименования.

Работа выполнена в лаборатории экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса №453 Института геологии и минералогии им. B.C. Соболева СО РАН под руководством чл.-корр. РАН, д. г.-м. н. B.C. Шацкого, которому автор выражает искреннюю благодарность. Отдельную благодарность за многолетнюю поддержку, ценные советы и наставления автор выражает д. г.-м. н. Д.А. Зедгенизову и к. г.-м. н. АЛ. Рагозину. За ценные советы и комментарии к публикациям и диссертационной работе автор признателен руководителю лаборатории № 453 ИГМ СО РАН, д. г.-м. н. Ю.Н. Пальянову. За помощь в аналитических работах автор выражает благодарность И.Н. Куприянову и к. г.- м. н. К.Э. Куперу.

Глава 1. Современное состояние проблемы

Многолетние исследования показали, что для природных алмазов характерны две основные габитусные формы: октаэдр и кубоид (кривогранная форма примерно кубического габитуса) [Орлов, 1984]. С позиций существующих подходов к объяснению морфологии растущего алмаза (посредством механизма роста и величины пересыщения, примесного состава среды, режима роста кристалла и др.) [Kamiya, Lang, 1965; Sunagawa, 1984, 6

1990; Taylor, Green, 1989; Буланова и др., 1993; Реутский, Зедгенизов, 2007], октаэдрические и кубические кристаллы алмаза должны характеризоваться различными условиями роста. В пользу данного факта свидетельствуют особенности внутреннего строения, дефектно-примесного и изотопного состава алмазов. По данным многочисленных исследований октаэдрические алмазы характеризуются прямолинейной октаэдрической зональностью, присутствием В1-центров [Jones et. al., 1992] наряду с преобладанием примеси азота в А-форме [Соболев, Лисойван, 1978] и широким диапазоном значений 513С [Cartigny et. al., 2001]. Кристаллы алмаза кубического габитуса обладают криволинейной зональностью [Moore, Lang, 1972; Rondeau et. al., 2007] или волокнистой структурой [Lang, 1974; Геншафти др., 1977; Мартовицкий, 1981], характерным является преобладание азота в форме А-центров и нередко наличие одиночных С-центров, а также узкий диапазон значений 813С (в большинстве случаев от -5 до -8%о) [Cartigny et. al., 2001].

Результатом совместного роста совместного роста граней октаэдра и кривогранных поверхностей кубоида являются кристаллы с выраженной кубооктаэдрической секториальностью [Frank, 1967; Варшавский, 1968; Годлевский, Гуркина, 1977; Геншафт и др., 1977; Lang, 1974; Suzuki, Lang, 1976; Welbourn et. al., 1989, Шацкий и др., 1998; Бескрованов, 2000; Antonyuk, Mironov, 1998; Bulanova et. al., 2002; Harrison, Tolansky, 1964; Zedgenizov, Harte, 2004; Lang et. al., 2004; Rondeau et. al., 2004; Lang et. al., 2007]. Изучение синтетических алмазов подобного строения показало повышенное содержание примеси азота в секторах октаэдра в сравнении с секторами кубоида и повышение устойчивости пирамид роста октаэдра при повышении концентрации азота в среде кристаллизации [Boyd et. al., 1988; Reutsky et. al., 2008; Бабич, Фейгельсон, 2009a, 6; Palyanov et. al., 2010]. Детальные исследования единичных природных секториальных алмазов рознятся в полученных результатах и их интерпретации [Bulanova et. al., 2002; Cartigny et. al., 2003; Zedgenizov, Harte, 2004; Rondeau et. al., 2004; Lang et. al., 2007].

Объектом особого научного интереса являются слабо охарактеризованные в литературе алмазы в оболочке, представляющие собой результат смены морфологии в процессе роста от октаэдра к кубоиду. Для подобных алмазов характерно наличие прозрачного, бесцветного ядра (алмаз 1 разновидности) и непрозрачной оболочки, которые значительно различаются по дефектно-примесному и изотопному составу углерода и азота [Swart et. al.,

1983; Галимов, 1984; Boyd et. al., 1987, 1992, 1994; Cartigny et al., 2001; Yelisseyev et. al., 2004; Klein-BenDavid et al., 2007; Janson et. al., 2008], что обусловлено существенным различием в условиях кристаллизации и дискретностью процесса алмазообразования. Имеющиеся данные по степени агрегации азота предполагают значительно более молодой возраст оболочек в сравнении с ядрами, а также возможный рост оболочек в процессе подъема кимберлитового расплава или непосредственно перед ним [Boyd et. al., 1987]. Ранее было показано, что непрозрачность оболочек обусловлена присутствием большого количества субмикронных включений [Chrenko et. al., 1967; Lang, Walmsley, 1983; Guthrie et. al., 1991; Walmsley, Lang, 1991]. Данные изотопии Sr в подобных микровключениях в волокнистых алмазах и карбонатов из вмещающих их кимберлитов [Akagi, Masuda, 1988] и характер распределения микроэлементов для микровключений в алмазах и кимберлитов [Akagi, Masuda, 1988; Schrauder et. a!., 1996] указывают на возможную генетическую связь между алмазогенерирующей средой и протокимберлитовым расплавом.

Находки природных алмазов с признаками переогранения кубоида в октаэдр из кимберлитов и метаморфических пород сверхвысоких давлений описаны в литературе [Antonyuk, Mironov, 1998; Шацкий и др., 1998; Harte et. al., 1999; Izraeli et. al., 2001; Zedgenizov et. al., 2006; Rondeaue et. al., 2007]. По данным исследований для подобных кристаллов отмечается преимущественное присутствие азота в форме А-дефектов при повышенном содержании азота в кубическом центре и слабых вариациях степени агрегации азота в В1-центры в пределах кристаллов, а содержание СН-дефекта всегда больше в кубической области. Согласно данным по дефектно-примесному и изотопному составу единичных алмазов подобного строения наиболее вероятной авторами предполагается одностадийная модель кристаллизации с постепенным уменьшением пересыщения среды.

По существовавшим ранее представлениям эволюция морфологии алмаза является однонаправленной от высокотемпературных октаэдров к низкотемпературным кубоидам, что подтверждалось данными экспериментов, предположениями о снижении температуры в процессе кимберлитового магматизма, а также внутренним строением находками кристаллов III разновидности кубического габитуса с октаздрическим ядром [Солодова и др., 1974; Орлов, 1984]. Противовесом к данным фактам послужили обнаружение центральных областей кубической формы в октаэдрических кристаллах 8

[Zedgenizov et. al., 2006; Rondeau et. al.. 2007; Скузоватов и др., 2011] и нередко секториальное строение октаэдрических центральных областей в кубических кристаллах. Эти данные подтверждают возможность обратного перехода между двумя основными габитусными формы в сторону уменьшения энтропии (от высокоэнтропийной кубической к низкоэнтропийной октаэдрической).

Глава 2. Материал и методы изучения

В главе рассмотрены использованные в работе методы исследования кристаллов алмаза: оптическая микроскопия, электронная сканирующая микроскопия, поляризационно-оптический метод, катодолюминесцентная топография, рентгеновская топография, ИК-Фурье-спектроскопия, масс-спектрометрия вторичных ионов, энергодисперсионная спектрометрия, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией. Приводятся особенности использования данных методов применительно к изученным объектам и используемые технические параметры аналитических работ.

Глава 3. Типоморфные характеристики алмазов с выраженным зонально-секториальным строением

Алмазы переходной формы «кубоид —» октаэдр»

Среди изученных кристаллов преобладают плоскогранные и острореберные октаэдры, а также октаэдры с грубослоистым строением граней, с параллельной или сноповидной штриховкой на узких комбинационных поверхностях ромбододекаэдра (рис. 1).

Рис. 1. Микрофотографии алмазов с облакоподобными микровключениями.

Для изученных кристаллов выявляется сложное внутреннее строение: внешняя октаэдрическая зона с прямолинейной зональностью и центральная часть в форме кубоида с криволинейной зональностью, содержащая многочисленные микровключения и дислокации.

Большинство изученных кристаллов переходной морфологии от кубоида к октаэдру характеризуются присутствием азота преимущественно в А-форме (пара атомов азота в соседних замещающих позициях) [Соболев, Лисойван, 1978]. Содержание азота в изученных алмазах варьирует в значительных пределах, в большинстве случаев уменьшается при переходе от кубоида к октаэдру. Центральные кубические части изученных кристаллов характеризуются систематически повышенной концентрацией азота в В1-форме (четыре атома азота вокруг вакансии [Jones et. al., 1992]): в центральных частях большинства алмазов из трубки Интернациональная - 15-25%, для некоторых кристаллов из других трубок - до 35%. Интенсивность полосы поглощения водородсодержащего дефекта (линия 3107 см"1) [Blackwell, Sutherland, 1949; Chrenko et. al., 1967; Suzuki, Lang, 1976; Woods, Collins, 1983; Davies et. al., 1984] практически всегда заметно больше в центральной части кристаллов и довольно резко падает при переходе от кубоида к октаэдру.

Центральные кубические зоны кристаллов имеют облегченный изотопный состав углерода (-6,7%о...-5,0%о) а при переходе от кубоида к октаэдру значение 513С изменяются в сторону более тяжелого изотопного состава. Для наиболее контрастных образцов разница в значениях между ядром и внешней зоной для этих образцов составляет 1,5-2%о.

Облакоподобные микровключения в большинстве алмазов из трубок Инернациональная и Мир имеют карбонатный состав. Отношение Н20/(Н20+С02), рассчитанное по пикам поглощения ОН-группы (3420 см'1) и кальцита (-1430 см"1) из ИК-спектров [Navon et.al., 1988], составляет от 0,01 до 0,30. Вода в молекулярной форме (деформационные колебания НОН, 1650 см"1) практически отсутствует, а присутствует в виде ОН-группы в минералах микровключений. Установленные зависимости между содержаниями главных компонентов и данные по фазовому составу подобных микровключений [Chrenko, 1967; Lang, Walmsley, 1983; Navon et al., 1988; Guthrie et. al., 1991; Walmsley, Lang, 1992a,b; Zedgenizov et al., 2004; Logvinova et. al., 2008] позволяют предполагать в качестве главных фаз микровключений карбонаты Ca, Mg и Fe и K-Na-хлориды при подчиненном содержании силикатных и 10

алюмосиликатных фаз (900-1200 см"1). Для микровключений в некоторых алмазах из кимберлитовой трубки Мир преимущественно силикатный тип спектра, отношение H20/(H20+C02) до 0,44. присутствие молекулярной воды и высокое содержание Si02 и А1203.

Изучение алмазов с микровключениями из разных месторождений мира выявило широкие вариации их состава [Navon et.al., 1988; Schrauder, Navon, 1994; Izraeli et. al., 2001; Ширяев и др., 2005; Zedgenizov et. al.2009; Klein-Ben David et. al., 2007; Зедгенизов и др., 2007; Weiss et. al., 2009]. Составы микровключений в алмазах октаэдрического габитуса из трубки Интернациональная образуют диапазон от хлоридно-карбонатных к карбонатным. Микровключения в алмазах из трубки Мир образуют две области: обогащенную карбонатами и преимущественно силикатного состава (рис. 2).

Алмазы перехоОной формы «октаэдр —* кубоид»

Изученные алмазы в оболочке преимущественно кубического и кубооктаэдрического габитуса, часто несут фигуры растворения, связанные с травлением в местах выхода дислокаций, микротрещин и микровключений [Khokryakov, Palyanov, 2006]. Толщина оболочек серого и серо-желтого цвета варьирует от первых десятков микрон до 400-500 мкм для кристаллов кубического габитуса (рис. 3).

Рис. 2. Состав облакоподобных микровключений в алмазах из трубок Интернациональная и Мир по содержанию главных компонентов. Стрелками соединены составы групп микровключений разного состава в пределах одного образца.

Si+Al

о Интернациональная о Мир

кубоиды тр Интернациональная

Сэ+Мд+Fe

Рис. 3. Микрофотографии плоско-параллельных пластинок, изготовленных из алмазов в оболочке. Николи (-).

Исследованные кристаллы алмаза IV разновидности имеют ярко выраженную зональность - октаэдрическое ядро и внешнюю волокнистую оболочку. Очевидно, что в момент времени, соответствующий границе ядро-оболочка, имела место смена механизма роста от послойного к нормальному, который способствовал захвату минералообразующей среды в виде микровключений [Lang, 1974]. Ядра некоторых кристаллов имеют более сложное строение, вероятно отражающее их образование в несколько стадий роста и растворения.

Для алмазов из трубки Сытыканская выявлен широкий диапазон характеристик дефектно-примесного состава ядер (содержание примеси азота 160-2100 ат. ррт, степень агрегации азота в В1-центры 19-94%, кзю7 см' = 0,418,5 см"1) и сравнительно небольшие вариации среди оболочек разных кристаллов (760-990 ат. ррт, 5-26%, 0,4-2,1 см"1). Для изученных алмазов из других трубок (Удачная, Юбилейная, Айхал) аналогичные характеристики составляют 90-2180 ат. ррт. от 17% до практически чистого 1аВ-типа, 0-29,3 см"1 для ядер и 730-1400 ат. ррт, 0-28%, 0,1-15,7 см"1. Высокоагрегированные ядра практически во всех случаях содержат дефекты типа В2 [Woods, 1986]. Интенсивность полосы С-Н колебаний (3107 см"1) всегда больше в ядре кристалла и резко уменьшается в оболочке.

В ядрах алмазов из трубки Сытыканская наблюдается широкий диапазон значений 513С от -3,8 до -19,7%о, тогда как значения бьС в оболочках кристаллов близки и варьируют от -5,9 до -7,1%о. В пределах ядер индивидуальных кристаллов изотопный состав углерода либо меняется в сторону более тяжелого, либо варьирует незначительно, при этом корреляция между изотопным составом и содержанием азота отсутствует.

Микровключения в оболочках изученных алмазов имеют силикатно-карбонатный состав, богаты Si02, А1203, К20, содержат воду как в виде ОН-групп, так и в молекулярной форме. Для образцов с максимальными рассчитанными содержаниями Si02 в ИК-спектрах зафиксировано присутствие кварца, полосы поглощения которого сдвинуты от своего положения при 1 атм (779 и 798 см-1) и указывают на остаточное давление в микровключениях фазы Si02 около 1,7 ГПа (810 и 783 см"1) [Navon, 1991]. Отношение Н20/(Н20+С02) составляет 0.13-0,29. Данные рентгеноспектрального анализа позволяют предполагать в качестве главных фаз микровключений карбонаты Ca, Mg, Fe, алюмосиликаты К и Na (флогопит, биотит, санидин), апатит. Для части микровключений вхождение щелочных катионов в состав хлоридов. Наиболее близки по составу к алмазам в оболочке из трубки Сытыканская волокнистые алмазы и алмазы в оболочке из целого ряда месторождений и регионов: трубок Джваненг (Ботсвана) [Schrauder, Navon. 1994], Интернациональная [Zedgenizov et. al., 2009]. россыпей Бразилии [Ширяев и др., 2005] и северо-востока Сибирской платформы [Зедгенизов и др., 2011] (рис. 4).

Микровключения в оболочках изученных алмазов обнаруживают значительное сходство характера распределения редких и рассеянных элементов с алмазоносными кимберлитами Сибирской платформы (рис. 5). Относительно кимберлитов микровключения обогащены крупноионными

О Мир

□ Джваненг (Ботсвана) [Schrauder. Narom 19W] рис 4 Состав микровключений в

X россыпи Бразилии (Ширяев и др . 2005]

KS Сътамиская оболочках алмазов ИЗ трубки

Интернациональна» (Zedgemzov et а!. 2009) Сытыканская.

¡■''У' россыпи северо-востока Сибирской платформы [Зедгенизов и др 2011)

Si+At

Ca+Mg+Fe

—о— микровключения а оболочках алмазов из трубки Сытыканская

—о— алмазоносные кимберлиты Сибирской платформы (Костровицкий и др.. 2007]

—в— карбонатиты [Woolley and Kempe. 1989)

Рис. 5. Мультиэлементные спектры микровключений в оболочках алмазов из трубки Сытыканская в сравнении с алмазоносными кимберлитами и карбонатитами.

литофильными элементами, ураном, калием, а также обеднены, магнием и переходными металлами (особенно №). Наблюдаются минимумы по Бг, Т1 и 1ЧЬ-Та, однако данные минимумы проявлены в разной степени для отдельных образцов.

Алмазы с кубооктаэдрической векториальностью

Среди изученных алмазов кубооктаэдрическая секториальность выявлена в центральных областях острореберных октаэдров, кристаллах кубооктаэдрического и кубического габитуса. Установленные вариации дефектно-примесного состава (содержание азота 250-1700 ат. ррт, степень агрегации азота в ЕИ-центры 6-55%, кзю7 см-1 0-25 см"1) в пределах кристаллов различной морфологии с кубооктаэдрической секториальностью определенно указывают на широкий диапазон возможных условий образования подобных алмазов в мантии, которые принципиально не отличаются от таковых для октаэдрических и кубических алмазов. В пределах изученной выборки алмазов общее содержание азота в пределах кристаллов систематически выше в секторах роста <111> в сравнении с соседними секторами <100>, что

согласуется с данными ряда других работ по единичным кристаллам природного алмаза [Rondeau et. al., 2004; Zedgenizov, Harte, 2004]. Подобные систематические вариации не зафиксированы для значений степени агрегации азота в В1-центры и содержании дефектов В2-типа. Для ряда кристаллов четко фиксируется процесс постепенного разрастания секторов <100> с выклиниванием секторов <111>; содержание азота в пределах кристалла при этом может как уменьшаться, так и увеличиваться: отсутствие корреляции между внутренним строением и содержанием азота, а также идентичность условий формирования секторов кубоида и октаэдра может указывать на кристаллохимическую природы вариаций N между секторами кубоида и октаэдра, а также оставляет дискуссионным влияние примеси азота на устойчивость двух габитусных форм, отмеченное по данным экспериментов [Palyanov et. al., 2010]. Концентрация СН-дефекта во многих случаях имеет более высокие значения в секторах роста {100} в сравнении с секторами {111}, что ранее также отмечалось в литературе [Rondeau et. al., 2004; Zedgenizov, Harte, 2004]. Однако на уровне всей изученной нами выборки эта закономерность не воспроизводится.

Глава 4. Обсуждение результатов

Вариации дефектно-примесного состава и их связь с кристалломорфологией природных зоналъно-секториальных алмазов

Многочисленными исследованиями для природных алмазов октаэдрического и кубического габитуса установлены широкие вариации дефектно-примесных и изотопных характеристик [Бокий и др., 1986]. Предлагаемые в литературе модели трактуют вариации содержания азота в алмазах с позиций скорости роста [Пальянов и др., 1997; Khachatryan, Kaminsky, 2003; Cartigny et. al., 2001], концентрации данной примеси в среде кристаллизации [Deines et. al., 1987; Stachel et. al., 2009; Smart et. al., 2011], температура отжига [Chrenko et al., 1977; Evans and Qi, 1992; Boyd et. al., 1994; Taylor et. al., 1996], влияния фугитивности кислорода [Deines et. al., 1989]. Присутствие в спектрах поглощения различных зон кристаллов алмаза полосы колебаний С-Н-связи (3107 см"1) рядом исследователей объясняется присутствием ацетиленовой группы СН=СН [Соболев, Ленская, 1965] или винилиденовой группы >С=СН2 [Woods, Collins, 1983] на поверхности

микропустот и микровключений. Исследования природных и синтетических алмазов ранее показали, что процесс вхождения водорода в структуру алмаза коррелирует с содержанием примеси азота [Kiflawi et. Al., 1996; Borzdov et. al., 2002; Iakoubovskii and Adriaensssens, 2002], а также может контролироваться температурой пребывания алмаза в мантии [Куприянов и др., 2006; Shiryaev et. al., 2007].

Характер изменения характеристик дефектно-примесного состава на границе «кубоид-октаэдр» в алмазах с облакоподобными микровключениями позволяют предполагать непрерывную кристаллизацию подобных алмазов со сменой нормального механизма роста послойным при снижении величины пересыщения по углероду во флюиде/расплаве, снижении температуры и постепенном обеднении алмазогененирующей среды азотом и водородом. Высокий процент нахождения примеси азота в виде В1-центров в центральных частях исследованных алмазов с облакоподобными микровключениями (до 1525% 1аВ) свидетельствует о более длительном времени и/или более высокой температуре пребывания в мантии данных алмазов в сравнении с типичными кубоидами и оболочками алмазов IV разновидности. Статистически повышенная концентрация СН-дефекта в центральных частях подобных кристаллов, в которых отсутствуют микровключения, свидетельствует о том, что водород входит в алмазную матрицу преимущественно структурно.

Для алмазов в оболочке значительные вариации характеристик дефектно-примесного состава свидетельствуют о кристаллизации и/или пребывании в мантии ядер и оболочек в различных условиях. Роль величины пересыщения при реализации смены механизма роста на границе «октаэдр-кубоид» в двустадийной модели образования так же, как и роль других возможных факторов, в случае подобных алмазов среды дискуссионна. Пониженная концентрация или отсутствие СН-дефекта в оболочках кристаллов IV разновидности, в которых в значительной степени сосредоточены микровключения, подтверждают гипотезу о структурной природе СН-дефекта.

В пределах кристаллов с кубооктаэдрической секториальностью систематически повышенная концентрации азота в октаэдрических секторах очевидно не может быть обусловлена различием в скорости и существенным различием в механизмах роста соседних пирамид <111> и <100» и является следствием кристаллохимического различия граней данных простых форм. Существенных различий в содержании СН-дефекта между пирамидами роста 16

<111> и <100> не установлено. Отсутствие подобной закономерности может указывать на сходство значений энергии адсорбции водорода между гранями {111} и поверхностями {100}. Проведенные исследования оставляют дискуссионным механизм роста неволокнистых кубоидов и секторов {100}, для которых волокнистое строение также не фиксируется.

Источник углерода и локальные вариации изотопного состава углерода зональных алмазов

Многочисленными исследованиями установлено, что изотопный состав мантийного углерода имеет значение 613С = -5±1%0 [к примеру, Deines et. al., 1980; Cartigny, 2005]. Алмазы эклогитового парагенезиса в сравнении с перидотитовым парагенезисом имеют значительно более широкий диапазон значений (от -41 до +2.5%о), менее значительный пик в распределении на -5%о и вторую, менее проявленную моду в распределении значений 5|3С, на -14±5%о. [Kirkley et. al., 1991; Stachel, 2007].

Данные, полученные по кристаллам алмаза IV разновидности из трубки Сытыканская, в очередной раз свидетельствуют в пользу единого гомогенного по своим изотопным характеристикам источника углерода в мантии для оболочек (-5,9 + -7,1 %о) алмазов и гетерогенного - для ядер (-3,8 ^ -19,7 %о), а значительно облегченный изотопный состав углерода ядер некоторых кристаллов вероятно обусловлен участием в кристаллизации алмаза углерода корового происхождения. Экстремально низкие значения 513С в настоящее время объясняются с позиций субдукции океанической коры, являющейся субстратом для эклогитов, вместе с органическим веществом осадков (от -35 до -20%о) и неорганическим углеродом карбонатов (0±2%о) [Соболев, Соболев, 1980]. Помимо этого, исходным для алмазов с облегченным изотопным составом может быть углерод, растворенный в породообразующих мантийных минералах [Deines, 2002], однако низкая растворимость углерода в силикатных минералах [Keppler et. al., 2003] сильно ограничивает возможности реализации данного механизма при генерации алмазов.

В исследованных алмазах с облакоподобными микровключениями октаэдрическая внешняя зона всегда на 1-2 %о обогащена 13С в сравнении с кубическим ядром. При непрерывном росте подобных кристаллов подобные вариации могут быть обусловлены фракционированием изотопов углерода в закрытой системе [Zedgenizov et. а!,, 2006], Термодинамическими расчетами показано, что изотопное фракционирование между сосуществующими алмазом

и другими фазами, содержащими углерод, крайне мало [Bottinga, 1969; Deines, 1980]. Сравнительно большие (порядка 3-4%о) величины фракционирования могут быть достигнуты в результате кристаллизации алмаза в среде, содержащей СН4 или С02 при мантийных Р-Т. По данным теоретических вычислений кристаллизация алмаза из источника с мантийным изотопным составом углерода и непрерывным ростом содержания 13С возможна только из окисленного (содержащего С02 или карбонаты) флюида/расплава [Deines, 1980; Kirkley et. al., 1991].

Состав среды кристаллизации различных онтогенических зон алмазов зоналъно-секториалъного строения

В настоящее время для алмазов из разных месторождений мира отмечено, что валовый состав микровключений варьирует непрерывно между водно-солевым и карбонатными, а также между карбонатным и водно-силикатным крайними членами [Navon et.al., 1988; Schrauder, Navon, 1994; Izraeli et. al., 2001; Ширяев и др., 2005; Klein-Ben David et. al., 2007; Zedgenizov et. al., 2009]. Генерация подобных ультракалиевых мантийных жидкостей может быть результатом частичного плавления карбонатизированных эклогитов и перидотитов [Wallace, Green, 1988; Yaxley, Green, 1994; Dalton, Presnall, 1998; Yaxley, 1999; Hammouda, 2003], а разнообразие составов вероятно обусловлено смешением жидкостей разного состава [Schrauder, Navon, 1994; Izraeli et. al., 2001; Klein-Ben David et. al., 2004; Zedgenizov et. al., 2009] и фракционированием флюида/расплава [Schrauder, Navon, 1994].

Состав микровключений в изученных октаэдрических алмазах из трубки Интернациональная является преимущественно карбонатным с небольшим обогащением солевой составляющей, тогда как для кубоидов из того же месторождения установлен карбонатно-силикатный состав микровключений. Перекрытие области полученных данных с данными по алмазам кубического габитуса из различных месторождений в области составов, обогащенных карбонатами, подтверждает, что именно богатые летучими карбонатные расплавы являются наиболее эффективной средой образования таких алмазов.

Силикатно-карбонатные микровключения в оболочках алмазов из трубки Сытыканская наиболее близки по составу к микровключениям в серии алмазов кубического габитуса и алмазов в оболочке из трубок Джваненг (Ботсвана) [Schrauder, Navon, 1994], Интернациональная (Якутия) [Zedgenizov et. al., 2009], Канкан [Weiss et. al., 2009], россыпей Бразилии [Ширяев и др., 2005] и северо-18

востока Сибирской платформы [Зедгенизов и др., 2011]. Это не противоречит представлениям о процессе образования волокнистых кубоидов близко по времени к эпизоду кимберлитового магматизма. Микровключения, обогащенные хлоридами, предположительно являются результатом гетерогенного захвата двух несмесимых жидкостей силикатно-карбонатного и водно-солевого составов [Safonov et. al., 2007]. По характеру распределения некогерентных элементов микровключения в исследованных алмазах имеют сходства с алмазоносными кимберлитами Сибирской платформы, однако имеют существенные отличия по LILE, магнию, переходным металлам, Та и Nb. Существенно силикатные алмазогенерирующие среды с подобным типом распределения могут быть результатом низкой степени частичного плавления метасоматизированных мантийных пород с карбонатом, рутилом и флогопитом в качестве акцессорных фаз, что подтверждается данным экспериментов в системе флоготопит-карбонат-перидотит [Thibault et. al., 1992]. Экспериментами была установлена возможность образования подобных жидкостей при плавлении коэситовых эклогитов [Dalton, Presnall, 1998; Hammouda, 2003; Yaxley, Brey, 2004]. Результаты экстраполяции остаточного давления в микровключениях оболочек, для которых отмечено присутствие кварца (4-7 ГПа для 1000-1300°С), что указывает на рост волокнистых алмазов при схожих с ядрами кристаллов алмаза IV разновидности условиях.

Оитогеническое соотношение кристаллов октаэдрического и кубического габитуса.

Ранее в ряде исследований предполагался единственно возможный тренд эволюции кристалломорфологии природного алмаза от высокотемпературных октаэдрических кристаллов к кубоидам, кристаллизация которых происходит близко по времени к кимберлитовому магматизму [Солодова и др., 1974; Годлевский, Гуркина, 1977; Орлов, 1984; Haggerty, 1986; Boyd et al., 1987; Gurney, 1989]. Подтверждением образования кубоидов алмаза как наиболее поздней генерации может быть низкая степень агрегации азотных центров в самих кубоидах и волокнистых оболочках алмазов IV разновидности. Полученные нами данные в совокупности с более ранними исследованиями онтогении октаэдрических кристаллов свидетельствуют о наличии в них в ряде случаев дефектной внутренней зоны кубической формы [Буланова и др., 1993; Бескрованов, 2000; Zedgenizov et.al., 2006; Скузоватов и др., 2011]. Данные по внутреннему строению, степени агрегации азота и вариациям изотопного

состава в пределах подобных кристаллов не предполагают разрыва по времени между ростом центральной кубической и внешней октаэдрической зон. Данные по алмазам IV разновидности, полученные в данной работе и приведенные ранее в литературе [Boyd et. al., 1987, 1992, 1994], напротив, указывают на образование подобных алмазов в два этапа, разорванных по времени или при разных температурах, и кристаллизацию волокнистых оболочек близко по времени к эпизоду кимберлитового магматизма. В некоторых случаях, тем не менее, данные по подобным кристаллам свидетельствуют о возможности одностадийного роста алмазов в оболочке из эволюционирующего расплава [Araujo et. al, 2009].

Заключение

Кристаллизация алмазов переходной формы от кубоида к октаэдру является двухстадийной без существенного перерыва между стадиями и сопровождается повышением концентрации 13С во внешней октаэдрической зоне алмаза. Данные по агрегации азота в исследованных алмазах переходной формы от кубоида к октаэдру свидетельствуют о том, что кубические зоны ранней генерации, предшествовавшей образованию октаэдров, кристаллизовались при более высокой температуре, либо имеют значительно более длительный период пребывания в мантии, в сравнении с кристаллами кубического габитуса и волокнистыми оболочками алмазов IV разновидности. Составы микровключений в центральных зонах кристаллов из трубок Интернациональная и Мир имеют преимущественно карбонатный состав, что подтверждает роль существенно карбонатных расплавов в процессах алмазообразования в глубинных зонах континентальной литосферы.

Для исследованных алмазов переходной формы от октаэдра к кубоиду установлено образование в два этапа, включающие в себя (1) рост октаэдрических алмазов I разновидности из существенно гетерогенного по изотопным и примесным характеристикам источника и/или при различных условиях пребывания в мантии и состава и (2) кристаллизацию на октаэдрических алмазах волокнистых оболочек из относительно гомогенного источника. Силикатно-карбонатные микровключения в оболочках алмазов из трубки Сытыканская схожи по геохимическим характеристикам с алмазоносными кимберлитами Сибирской платформы, что обусловлено генетической связью между протокимберлитовым расплавом и средой

алмазообразования. Однако ряд выявленных различий в распределении микроэлементов указывает на сложный характер данной связи.

Широкий диапазон дефектно-примесных характеристик секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Якутии обусловлен вариациями условий их кристаллизации в мантии, которые принципиально не отличаются от таковых для алмазов кубического и октаэдрического габитуса. Отсутствие четкой зависимости между степенью развития секторов роста октаэдра и кубоида и концентрацией основных примесных центров указывает на сложный характер влияния исследованных примесей в среде кристаллизации на развитие соответствующих секторов. Обнаруженные вариации дефектно-примесного состава между секторами очевидно не могут быть следствием разных условий роста двух габитусных форм, что указывает на их кристаллохимическую природу. При этом существующие в литературе данные по секториально-неоднородным кристаллам различных минеральных видов свидетельствуют о возможной роли в формировании подобных картин секториальности как различной кинетики роста секторов кристаллографически различных простых форм, так и их различной адсорбционной способности.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А., Рагозин А.Л. Морфологические особенности кристаллов алмаза смешанного и переходного габитуса // Материалы Третьей Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле, г. Новосибирск, Россия, декабрь 2006, с. 210-211.

2. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А., Рагозин А.Л. Зонально-секториальное строение кристаллов алмаза из кимберлитовых трубок Удачная и Интернациональная (Якутия) // Материалы И Международной конференции "Кристаллогенезис и минералогия", г. Санкт-Петербург, Россия, октябрь 2007, с. 346-349.

3. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д. А. Вариации состава микровключений в алмазах октаэдрического габитуса из кимберлитовой трубки Интернациональная // Материалы Четвертой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле, г. Новосибирск, Россия, декабрь 2008, с. 248-250.

4. Скузоватов С.Ю. Эволюция условий роста природных алмазов из кимберлитовой трубки "Интернациональная" (Якутия) // Материалы V

Международной школы по наукам о Земле, Одесса, Украина, сентябрь 2009 (без сборника тезисов).

5. Skuzovatov S.Yu., Zedgenizov D.A. Alkaline carbonate-silicic fluid as a crystallization medium of diamond coats from Sytykanskaya kimberlite pipe // Geochemistry of magmatic rocks-2010. Abstracts of XXVII International conference School «Geochemistry of Alkaline rocks». - Moscow (Russia) - Koktebel' (Ukraine), September 2010, pp. 177-179.

6. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А., Шацкий B.C., Рагозин А.Л., Купер К.Э. Особенности состава облакоподобных микровключений в октаэдрических алмазах из кимберлитовой трубки Интернациональная // Геология и геофизика, 2011, т. 52, №1. С. 107-121.

7. Скузоватов С.Ю. Кристаллогенезис алмазов в оболочке из кимберлитовой трубки Сытыканская (Якутия) // Материалы XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика», г. Иркутск, Россия, апрель 2011, с. 117-118.

8. Skuzovatov S.Yu. Compositional variations of a diamond-forming medium: data from microinclusions in cloudy diamonds from the Internatsionalnaya and Mir kimberlite pipes and coated diamonds from the Sytykanskaya pipe (Yakutia) // Abstracts of the 1st European Mineralogical Conference, Vol. 1, EMC2012-195, Frankfurt, Germany, September 2012.

9. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А., Рагозин A.JI., Шацкий B.C. Состав среды кристаллизации алмазов в оболочке из кимберлитовой трубки Сытыканская (Якутия) // Геология и геофизика, 2012, т. 53, №11. С. 1556-1571.

Подписано к печати 02.11.2012 г. Формат 60*84/16. Объем 1,4 пл. Тираж 120 Экз. Заказ № 573. Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН. 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Скузоватов, Сергей Юрьевич

Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы

Глава 2. Материал и методы изучения

Глава 3. Типоморфные характеристики алмазов зонально-секториального строения

Раздел 3.1. Алмазы переходной формы «кубоид —► октаэдр»

3.1.1. Особенности морфологии и внутреннего строения кристаллов алмаза

3.1.2. Дефектно-примесный состав алмазов

3.1.3. Изотопный состав углерода алмазов

3.1.4. Фазовый состав микровключений в алмазах

3.1.5. Химический состав микровключений в алмазах

Раздел 3.2. Алмазы переходной формы «октаэдр —>• кубоид»

3.2.1. Особенности морфологии и внутреннего строения кристаллов алмаза

3.2.2. Дефектно-примесный состав алмазов

3.2.3. Изотопный состав углерода алмазов из трубки Сытыканская

3.2.4. Фазовый состав микровключений в оболочках алмазов

3.2.5. Химический состав микровключений в оболочках алмазов

3.2.6. Геохимические особенности микровключений в оболочках алмазов из трубки Сытыканская

Раздел 3.3. Алмазы с кубооктаэдрической секториальностью

3.3.1. Морфологические особенности кристаллов алмаза секториального строения

3.3.2. Внутреннее строение секториальных алмазов

3.3.3. Дефектно-примесный состав секториальных алмазов

Глава 4. Обсуждение результатов

Раздел 4.1. Вариации дефектно-примесного состава и их связь с кристалломорфологией природных зонально-секториальных алмазов

Раздел 4.2. Источник углерода и локальные вариации изотопного состава углерода зональных алмазов

Раздел 4.3. Состав среды кристаллизации различных онтогенических зон алмазов зонально-секториального строения

Раздел 4.4. Онтогеническое соотношение кристаллов октаэдрического и кубического габитуса

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Кристаллогенезис зонально-секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Сибирской платформы"

Актуальность. В современной науке алмаз широко используется как исключительный материал для решения многих фундаментальных и прикладных задач. В геологии природный алмаз является объектом интенсивных исследований, так как он несет важную информацию о составе среды кристаллизации и термодинамических условиях в глубинных зонах континентальной литосферы. Эти данные могут быть получены как при исследовании самих алмазов и включений в них, так и при моделировании в экспериментах. Многолетние исследования показали, что природные алмазы характеризуются разнообразием морфологических характеристик и физических свойств [Harrison, Tolansky, 1964; Suzuki, Lang, 1976; Орлов, 1984; Шацкий и др., 1998; Shatsky et. al., 1999]. Данное разнообразие алмазов определенно отражает широкие вариации условий их образования в мантии.

По существующим представлениям морфология алмаза и, соответственно, смена габитусной формы в процессе роста могут быть обусловлены целым рядом факторов. Среди таковых разными авторами предлагаются смена механизма роста при изменении величины пересыщения как движущей силы кристаллизации [Sunagawa, 1984, 1990], влияние примесей в среде кристаллизации [Kamiya, Lang, 1965; Palyanov et. al., 2010], изменение режима массопереноса при кристаллизации [Чернов и др., 1980; Буланова и др., 1993; Реутский, Зедгенизов, 2007].

Для природных алмазов известны следующие основные варианты изменения морфологии: переогранение октаэдра в кубоид (в т.ч. алмазы в «оболочке») [Орлов, 1984; Boyd et. al., 1987, 1992, 1994], переогранение кубоида в октаэдр [Zedgenizov et. al., 2006; Rondeau et.al., 2007; Скузоватов и др., 2011]. Кроме того, в литературе существуют описания кристаллов смешанного габитуса с выраженным секториальным строением и пирамидами роста плоских граней октаэдра и кривогранных поверхностей кубоида [Frank,

1967; Варшавский, 1968; Годлевский, Гуркина, 1977; Геншафт и др., 1977; Lang, 1974; Suzuki, Lang, 1976; Welbourn et. al., 1989, Шацкий и др., 1998; Бсскрованов, 2000; Bulanova et. al., 2002; Zedgenizov, Harte, 2004; Lang et. al., 2004, 2007; Rondeaue et. al., 2004; Lang et. al., 2007]. Для кимберлитовых трубок Сибирской платформы данные о подобных алмазах имеют крайне отрывочный характер или отсутствуют как таковые. Недостаточная изученность кристаллов природного алмаза со сложной историей роста ставит множество дискуссионных вопросов об условиях и среде их кристаллизации. Проведенное исследование типоморфных характеристик отобранных из представительной коллекции образцов направлено на решение проблемы их кристаллогенезиса.

Цель данной работы заключалась в выявлении особенностей условий кристаллизации природных алмазов с признаками смены морфологии в процессе роста и/или совместного роста основных габитусных форм из ряда кимберлитовых месторождений Сибирской платформы на основании комплексных исследований морфологии, внутреннего строения, дефектно-примесного состава и изотопного состава углерода алмазов, а также содержания главных и редких элементов микровключений. Основные задачи исследований.

1. Определение особенностей морфологии и внутреннего строения кристаллов алмаза.

3. Характеристика изотопного состава источника углерода алмазов.

5. Интерпретация полученных данных, сравнение с имеющимися результатами в литературе.

Фактический материал, личный вклад автора и меч оды исследований.

Представленная работа содержит результаты исследования около 100 кристаллов природного алмаза с признаками смены морфологии и совместного роста двух габитусных форм. В процессе работы были получены и обработаны около 3 тысяч ИК-снектров, 700 анализов состава микровключений рентгеноспектральным методом, для 9 кристаллов - содержания микроэлементов методом LA-ICP-MS, для 15 кристаллов методом SIMS (более 100 анализов) изучены локальные вариации изотопного состава углерода. Работа выполнялась при поддержке проекта РФФИ 09-05-00985-а, интеграционных проектов СО РАН № 51 и №16.

В ходе работы применялись методы оптической и электронной сканирующей микроскопии, поляризационно-оптического метода, катодолюминесцентной и рентгеновской топографии, ИК-спектроскопии, энергодисперсионной спектрометрии, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией, масс-спектрометрии вторичных ионов. Основная часть аналитических работ выполнена в лаборатории экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса и Аналитическом центре ИГМ СО РАН. Исследования методом рентгеновской топографии проводились в Институте ядерной физики СО РАН. Точечный изотопный анализ углерода выполнен методом масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) в Университете г. Эдинбург (Великобритания). Пробоподготовка, все исследования, за исключением локального изотопного анализа углерода и рентгеновской топографии, а также обработка и интерпретация исходных данных, выполнены автором самостоятельно.

Научная новизна. Все предыдущие исследования алмазов смешанного или переходного габитуса имеют отрывочный характер, посвящены исследованию кристаллов алмаза лишь одного типа внутреннего строения [к примеру, Rondeau et. al., 2007], ограничены по количеству материала (вплоть до работ по одному образцу) или набору методов. Данная работа представляет собой комплексное исследование представительной выборки уникальных алмазов со сложной историей роста из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции с использованием широкого спектра современных методов и методик (ИК-спектроскопия, ИК-картирование, EDS, LA-ICP-MS, SIMS). 1.

Для кристаллов алмаза с облакоподобными микровключениями из трубок Интернациональная и Мир, представляющих собой результат смены габитусной формы от кубоида к октаэдру, установлено образование из окисленного флюида расплава существенно карбонатного состава. Также установлено, что центральные кубические зоны алмазов данного типа принадлежат к отдельной генерации кубоидов, для которой характерно более длительное время или более высокие температуры пребывания в мантии в сравнении с типичными волокнистыми кубоидами.

Практическое значение. Опыт комплексного исследования морфологии, внутреннего строения, дефектно-примесного и изотопного состава углерода алмазов, а также химического состава и геохимических особенностей среды кристаллизации, может быть применим к другим месторождениям. Основная задача исследований является фундаментальной, однако полученные результаты исследования типоморфных характеристик могут быть практически использованы при разработке и улучшении прогнозных методов поиска алмазных месторождений и экспериментальных исследованиях.

Основные защищаемые положения

3. Широкий диапазон характеристик дефектно-примесного состава алмазов смешанного габитуса, содержащих сектора роста {111} и {100} обусловлен значительными вариациями условий их роста. Содержание примеси азота в секторах роста {111} систематически выше в сравнении с секторами роста {100}, что обусловлено кристаллохимическими особенностями соответствующих граней.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором опубликовано 11 работ, из них 2 - в рецензируемых журналах и 9 - в материалах конференций. Главные научные и практические выводы докладывались и обсуждались на III, IV, V и VI Сибирских конференциях молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск, 2006,

2008, 2010, 2012 г.), II Международной конференции «Кристаллогенезис и минералогия» (г. Санкт-Петербург, 2007 г.), V Международной школе по наукам о Земле (г. Одесса, Украина, 2009 г.), XXVII Международной конференции «Геохимия щелочных пород» (г. Москва, п. Коктебель, Крым, Украина, 2010 г.), XXIV Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск, 2011 г.), Европейской Минералогической конференции (г. Франкфурт, 2012 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, общим объемом 172 страницы и сопровождается 45 рисунками и 4 таблицами. Список использованной литературы составляет 174 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Минералогия, кристаллография", Скузоватов, Сергей Юрьевич

Заключение

Кристаллизация алмазов переходной формы от кубоида к октаэдру является двухстадийной и происходит при снижении пересыщения во флюиде/расплаве и его фракционировании, которое сопровождается повышением концентрации 13С во внешней октаэдрической зоне алмаза. Содержание азота от кубической центральной части к внешней октаэдрической зоне меняется незакономерно, что вероятно обусловлено локальными флуктуациями условий роста и концентрации данной примеси в среде кристаллизации. Данные по агрегации азота в исследованных алмазах переходной формы от кубоида к октаэдру свидетельствуют о том, что кубические зоны ранней генерации, предшествовавшей образованию октаэдров, кристаллизовались при более высокой температуре, либо имеют значительно более длительный период пребывания в мантии, в сравнении с кристаллами кубического габитуса и волокнистыми оболочками алмазов IV разновидности. Повышенная концентрация СН-дефекта наблюдается в центральных кубических зонах кристаллов данного типа как содержащих микровключения, так и кристаллов, в которых подобные микровключения отсутствуют. Данный факт указывает на то, что одним из главных факторов, контролирующих вхождение водорода в структуру алмаза, являются параметры (прежде всего температура) пребывания алмаза в мантийных условиях. Составы микровключений в центральных зонах кристаллов из трубки Интернациональная образуют непрерывный тренд от хлоридно-карбонатных к карбонатным. В результате установлено небольшое перекрытие их с составом микровключений в кубоидах из той же трубки [^ес^ешгоу е1 а!., 2009] только в области, обогащенной карбонатами. Микровключения в аналогичных алмазах из трубки Мир являются более сложными по составу относятся к преимущественно карбонатным и силикатно-карбонатным. Наличие двух типов микровключений в пределах отдельно взятых образцов свидетельствует о присутствии на этапе кристаллизация кубических ядер двух типов флюидов/расплавов, сосуществование которых вероятно обусловлено несмесимостью.

Для исследованных алмазов переходной формы от октаэдра к кубоиду установлено образование в два этапа. На первом этапе образовались октаэдрические ядра кристаллов, характеризующиеся широкими вариациями дефектно-примесного состава и изотопного состава углерода, что вероятно обусловлено гетерогенностью источника алмазообразования в пределах месторождения и различными условиями пребывания в мантии. Для второго этапа характерно образование на октаэдрических алмазах волокнистых оболочек из относительно гомогенного в отношении изотопного состава углерода источника. Микровключения в оболочках алмазов из трубки Сытыканская имеют силикатно-карбонатный состав. По данному признаку оболочки исследованных алмазов близки к алмазам кубического габитуса из целого ряда месторождений [БсЫт^ег, Шуоп, 1994; Ширяев и др., 2005; Zedgenizov е1. а1., 2009; Зедгенизов и др., 2011]. Обогащение хлоридной составляющей для части микровключений указывает на присутствие в них двух типов несмесимых жидкостей - силикатно-карбонатной и водно-солевой. Наряду с этим для большинства облаковидных микровключений в алмазах из трубок Интернациональная и Мир характерен преимущественно карбонатный состав. По составу главных и редких элементов изученные микровключения имеют сходства с алмазоносными кимберлитами Сибирской платформы и - в меньшей степени - с карбонатигами, что обусловлено генетической связью между протокимберлитовым расплавом и средой алмазообразования. Обнаруженные различия в распределении микроэлементов (отрицательные аномалии по некоторым высокозарядным элементам, никелю и магнию, положительные аномалии по калию и крупноионным литофильным элементам) между микровключениями в изученных алмазах и алмазоносными кимберлитами указывают на сложный характер данной связи.

Широкий диапазон дефектно-примесных характеристик секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Якутии обусловлен вариациями условий их кристаллизации в мантии, которые принципиально не отличаются от таковых для алмазов кубического и октаэдрического габитуса. Отсутствие четкой зависимости между степенью развития секторов роста основных габитусных форм и концентрацией основных примесных центров указывает на сложный характер влияния примесного состава среды кристаллизации на развитие пирамид роста основных габитусных форм. Содержание примеси азота в секторах роста {111} систематически выше в сравнении с секторами роста {100} с разницей от 250-300 ррш до значений, близких к погрешности измерения, и является следствием кристаллохимического различия между гранями октаэдра и кубоида. Воспроизводимой закономерности в распределении значений остальных дефектно-примесных характеристик между пирамидами роста куба и октаэдра в пределах изученных секториальных алмазов не установлено.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Скузоватов, Сергей Юрьевич, Иркутск

1. Бабич Ю.В., Фейгелъсон Б.Н. Объемное распределение азотных дефектов в синтетических монокристаллах алмаза: данные ИК-картирования // Геохимия. 2009. №1. С. 98-102.

2. Бабич Ю.В., Фейгелъсон Б.Н. Особенности объемного распределения азота в форме N+ в монокристаллах синтетического алмаза // Неорганические материалы. 2009. Т. 45. № 6. С. 673-677.

3. Бескрованов В.В. Онтогения алмаза // Новосибирск: Наука. 2000. 264с.

4. Бокий Г.Б., Безруков Г.Н. и др. Природные и синтетические алмазы. Москва, «Наука», 1986.

5. Браве О. Кристаллографические этюды. Ленинград, Наука, 1974, 419 с.

6. Буланова Г.П., Барашков Ю.П., Талъникова С.Б., Смелова Г.Б. Природный алмаз генетические аспекты // Новосибирск: Наука. 1993. 168 с.

7. Варшавский A.B. Аномальное двупреломление и внутренняя морфология алмаза // М.: Наука, 1968. 92 с.

8. Галимов Э.М. Вариации изотопного состава алмазов и связь их с условиями алмазообразования//Геохимия. 1984. № 8. С. 1091-1117.

9. Геншафт Ю.С., Якубова С.А., Волкова JI.M. Внутренняя морфология природных алмазов // Исследования глубинных минералов. М.: Ин-т физики Земли АН СССР. 1977. С. 5-31.

10. Годлевский M.II., Гуркина Г.А. Морфологический ряд октаэдр-куб кристаллов алмаза // Зап. Всесоюз. минерал. Общества. 1977. Ч. 306, вып. 6. С. 647-650.

11. Ефимова Э.С., Соболев Н.В. Распространенность кристаллических включений в алмазах Якутии // Доклады. АН СССР. 1977. Т. 237. № 6. С. 1475-1478.

12. Зедгенизов Д.А., Рагозин A.JI., Шацкий B.C., Араухо Д., Гриффин B.JI. Карбонатные и силикатные среды кристаллизации волокнистых алмазов из россыпей северо-востока сибирской платформы // Геология и геофизика, 2011, т. 52, №10. С. 16491664.

13. Клюев 10.А., Дуденков Ю.А., Непша В.И. Некоторые особенности условий образования алмазов по их формам роста и распределению примесных оптически активных центров// Геохимия. 1973. №7. С. 1029-1035.

14. Коптиль В.И., Лазъко Е.Е., Серенко В.П. Алмазоносные дистеновые эклогиты из кимберлитовой трубки «Сытыканская» первая находка в СССР // Докл. АН СССР. 1976. Т. 225, №4. С. 924-927.

15. Костровицкий С.К, Морикио Т., Серов И.В., Яковлев Д.А., Амиржанов A.A. Изотопно-геохимическая систематика кимберлитов Сибирской платформы // Геология и геофизика. 2007. Т. 48. №3. С. 350-371.

16. Леммлейн Г.Г. Секториальное строение кристалла // М.; JL: Изд-во АН СССР. 1948.40 с.

17. Мартовицкий ЯП. Исследование внутреннего строения природных алмазов нетангенциальных форм роста: Автореф. дис. на соискание степени канд. геол-мин. Наук //М. 1981. 18с.

18. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза // М.: Наука, 1984,254 с.

19. Пальянов Ю.Н., Хохряков А.Ф., Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Гусев В.А., Рылов Г.М., Соболев Н.В. Условия роста и реальная структура кристаллов синтетического алмаза // Геология и геофизика. 1997. Т.38. №5. С.882-906.

20. Плотникова С.П., Клюев Ю.А. Оптическое поглощение и люминесценция алмаза с волокнистым строением // Минерал, журн. 1985. Т. 8, №4. С. 31-38.

21. Скузоватов С.Ю., Зедгенизов Д.А., Шацкий B.C., Рагозин А.Л., Купер К.Э. Особенности состава облакоподобных микровключений в октаэдрических алмазах из кимберлитовой трубки Интернациональная (Якутия) // Геология и геофизика. 2011. Т. 54, №1. С. 107-121.

22. Соболев Е.В., Ленская C.B. О проявлении "газовых" примесей в спектрах природных алмазов // Геология и геофизика. 1965. №2. С. 157-159.

23. Соболев Е.В., Ильин В.Е., Ленская C.B. и др. О проявлении «пластинчатых дефектов» в спектрах поглощения и возбуждения люминесценции природных алмазов // Журнал, прикл. спектроскопии. 1968. Т. 9, №4. С. 654-657.

24. Соболев Е.В., Лисойван В. И. Азотные центры и рост кристаллов природного алмаза // Проблемы петрологии земной коры и верхней мантии. Новосибирск: Наука. 1978. С.245-255.

25. Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии // Новосибирск, Наука, 1974, 246 с.

26. Соболев B.C., Соболев Н.В. Новые доказательства погружения на большие глубины эклогитизированных пород земной коры. // Доклады АН СССР. 1980. Т. 250. № 3. С.683-685.

27. Соболев Н.В., Галимов Э.М., Ивановская И.Н., Ефимова Е.С. Изотопный состав углерода алмазов, содержащих кристаллические включения // ДАН СССР. 1979. Т. 249. №5. С. 1217-1220.

28. Солодова Ю.П., Коток А.Д., Кулаков и др. Типоморфные особенности одной из разновидностей кристаллов алмаза // Новые данные о минералах СССР. М.: Наука. 1974. Т. 23. С. 104-112.

29. Федоров Е.С. Симметрия правильных систем фигур // Зап. Минерал. Общества. 1891. Серия. 2. Т. 28. С. 1-146.

30. Чернов A.A., Гиваргизов Е.И., Багдасаров Х.С. и др. Современная кристаллография // М.: Наука, 1980, Т. № 3.

31. Шарыгин В.В., Головин A.B., Похиленко Н.П., Соболев Н.В. Джерфишерит в неизмененных кимберлитах трубки Удачная-Восточная, Якутия // Доклады РАН. 2003. Т. 390. № 2. С. 242-246.

32. Шацкий B.C., Вылов Г.М., Ефимова Э.С., К. де Корте, Соболев Н.В. Морфология и реальная структура микроалмазов из метаморфических пород Кокчетавского массива, кимберлитов и аллювиальных россыпей // Геология и геофизика. 1998. Т. 39(7). С. 942—955.

33. Ширяев A.A., Израэли Е.С., Хаури Э.Г., Захарченко О.Д., Навон О. Химические, оптические и изотопные особенности волокнистых алмазов из Бразилии // Геология и геофизика. 2005. Том 46(12). С. 1207-1222.

34. Якубова С.А., Геншафт Ю.С., Дуденков Ю.А. История роста природных алмазов (по данным исследования внутренней морфологии) // Минералогия, геохимия и прогнозирования алмазных месторождений. Л.: НИИГА. 1974. С. 55-59.

35. Akagi T., Masuda A. Isotopic and elemental evidence for a relationship between Kimberlite and Zaire cubic diamonds //Nature. 1988. Vol. 336 (6200). P. 665-667.

36. Antonyuk B.P., Mironov V.P. Three-stage growth model of the natural diamond of octahedral habit // Extended Abstracts of the 7th International Kimberlite conference. Cape Town. 1998. P. 23-25.

37. Blackwell D.E., Sutherland G.B.B.M. The vibrational spectrum of diamond // J. chim. phys. et. phys.-chim.bial. 1949. Vol. 46, № 1/2. P. 9-15.

38. Bottinga Y. Carbon isotope fractionation between graphite and carbon dioxide // Earth Planet. Sci. Lett. 1969. Vol. 5. P. 301- 307.

39. BoydS.R., Pillinger C.T., Milledge H.J., Mendelssohn M.J., Seal M. Fractionation of nitrogen isotopes in a synthetic diamond of mixed crystal habit // Nature. 1988. Vol. 331. P. 604-607.

40. Boyd S.R., Pineau F., Javoy M. Modeling the growth of natural diamonds // Chem. Geol. 1994. Vol. 116. P. 29-42.

41. Boyd S. R,, Kiflawi I., Woods G. S. The relationship between infrared absorption and the A defect concentration in diamond // Phil. Mag. B. 1994. Vol. 69. P. 1149-1153.

42. Boyd S. R., Kiflawi I., Woods G. S. Infrared absorption by the B nitrogen aggregate in diamond. // Phil. Mag. B. 1995. Vol. 72. P. 351-361.

43. Bravais A. Analyse mathématique sur les probabilités des erreurs de situation d'un point // Mémoires présentés par divers savants à l'Académie royale des sciences de l'Institut de France. 1846. Vol. 9. P. 255-332.

44. Bravais A. Mémoire sur les systèmes formés par des points distribués régulièrement sur un plan ou dans l'espace // Journal de l'Ecole Polytechnique. 1897. Vol. 19. P. 1-128.

45. Burns R.C., Davies G.J. Growth of synthetic diamond // In: J. E. Field (ed.) The properties of natural and synthetic diamond, Academic Press, 1992, pp. 395-422

46. Burton W.K., Cabrera N. Frank F.C. The growth of crystals and equilibrium structures of their surfaces // Philos. Trans. A. 1951. Vol. 243. P. 299-358.

47. Cartigny P., Harris J.W., Javoy M. Diamond genesis, mantle fractionation and mantle nitrogen content: a study of dl3C-N concentrations in diamonds I I Earth Planet. Sci. Lett. 2001. Vol. 185. P. 85-98.

48. Cartigny P., Harris J. IV., Taylor A., Davies R., Javoy M. On the possibility of a kinetic fractionation of nitrogen stable isotopes during natural diamond growth // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2003. Vol. 67. № 8. P. 1571-1576.

49. Cartigny P. Stable isotopes and the origin of diamond // Elements. 2005. Vol. 1(2). P. 79-84.

50. Chrenko R.M., McDonald R.S., Darrow K.A. Infra-red spectrum of diamond coat //Nature. 1967. Vol. 214. P. 474-476.

51. Chrenko R.M., Tuft R.E., Strong H.M. Transformation of the state of nitrogen in diamond //Nature. 1977. Vol. 270. P. 141-144.

52. Clark C. D., Collins A. T., Woods O.S. Absorption and luminescence spectroscopy Il The Properties of Natural and Synthetic Diamonds (Field. J.E. ed.), Academic Press, London. 1992. P. 35-79.

53. Collins A.T. Vacancy enhanced aggregation of nitrogen aggregation in diamond 11 J. Phys. C.: Solid State Phys. 1980. Vol. 11. P. 2641-2650.

54. Dallon J. A., Presnall D. C. Carbonatitic melts along the solidus of model lherzolite in the system Ca0-Mg0-Al203-Si02-C02 from 3 to 7 GPa // Contributions to Mineralogy and Petrology. 1998a. Vol. 131(2-3). P. 123-135.

55. Dalton J. A., Presnall D. C. The continuum of primary carbonatitic-kimberlitic melt compositions in equilibrium with lherzolite: data from the system Ca0-Mg0-A1203-Si02-C02 at 6 GPa// Journal of Petrology. 1998b. Vol. 39. P. 1953-1964.

56. Davies G., Collins A.T., Spear T, Sharp infra-red spectra of diamond coat II Solid State. 1984. Vol. 49. №5. P. 433-436.

57. Deines P. The carbon isotope composition of diamonds: relationship to diamond shape, color, occurrence and vapor composition // Geochim. Cosmochim. Acta. 1980. Vol. 44. P. 943-961.

58. Deines P., Harris J.W., Spear P.M., Gurney J.J. Nitrogen and 13C content of Finsch and Premier diamonds and their implications // Geochim. Cocmochim. Acta. 1989. Vol. 53. P.1367-1378.

59. Deines P. The carbon isotope geochemistry of mantle xenoliths // Earth Sci. Rev. 2002. Vol. 58. P. 247-278.

60. Donnay J.D.H., Harker D. A new law of crystal morphology extending the law of Bravais II Journal mineralogical society of America. 1937. P. 446-467.

61. Eiler J. M, Graham C., Valley J. W. SIMS analysis of oxygen isotopes: matrix eDects in complex minerals and glasses // Chem. Geol. 1997. Vol. 138. P. 221-244.

62. Evans H.T., Clark J.R. The crystal structure of bartonitc, a potassium iron sulfide, and its relationship to pentlandite and djerfisherite // Am. Mineral. 1981. V. 66. P. 376-384.

63. Evans T., Qi Z. The kinetics of the aggregation of nitrogen atoms in diamond // Proc. R. Soc. London. 1982. A281. P. 159-182.

64. Evans T. Aggregation of nitrogen in diamond // The Properties of Natural and Synthetic Diamonds (Field. J.E. ed.), Academic Press, London. 1992. P, 259-290.

65. Falloon T.J., Green D.H. The solidus of carbonated, fertile peridotite // Earth Planet Sci. Lett. 1989. Vol. 94. P. 364-370.

66. Fitzsimmons I. C. W., Harte B., Clark R. M. SIMS stable isotope measurement: counting statistics and analytical precision // Miner. Mag. 2000. Vol. 64. P. 59-83.

67. Frank F. C. Defects in diamonds // Science & Technology of Industrial Diamonds: Proc. International Industrial Diamond Conference (J. Burls ed.), Oxford, Industrial Diamond Inf. Bureau, London, 1967. P. 119-135.

68. Galimov EM. Isotope fractionation related to kimberlite magmatism and diamond formation. Geochim. Cosmohim. Acta. 1991. Vol. 55. P.1697-1708.

69. Goss J.P., Coomer B.J., Jones R., Fall C.J., Briddon P.R. Extended defects in diamond: The interstitial platelet // Phys. Rev. 2003. Vol. 67. P. 1-15.

70. Gurney J.J. Diamonds. Their Mantle/Crust Setting, Diamonds and Diamond Exploration // Kimberlites and Related Rocks V2. 1989. Geol. Soc. Aust. Spec. Publ. Vol. 14. P. 935- 965.

71. Guthrie G.D., Veblen D.R., Navon O., Rossman G.R. Submicrometer fluid inclusions in turbid-diamond coats // Earth and Planetary Science Letters. 1991. Vol. 105 (1-3). P. 1-12.

72. Haggerty S. Diamond genesis in a multiply-constrained model // Nature. 1986. Vol. 320, P. 34-38.

73. Hammouda T. High-pressure melting of carbonated eclogite and experimental constraints on carbon recycling and storage in the mantle // Earth and Planetary Science Letters. 2003. Vol. 214. P. 283-297.

74. Hanley P.L., Kiflawi I., Lang A.R. On topographically identifiable sources of cathodoluminescence in natural diamonds // Philos. Trans. R. Soc. London. 1977. A284, 329.

75. Harrison E.R, Tolansky S. Growth history of a natural octahedral diamond // Processing Royal Society London. 1964. A279. P. 490^96.

76. Hartman P., Perdok W.G. On the Relations between Structure and Morphology of Crystals // Acta Crystallogr. 1955. V. 8. № 49. P. 521.

77. Howell D., O'Neill C.J., Grant K.J., Griffin W.L., Pearson N.J., O'Reilly S.Y. \i-FTIR mapping: Distribution of impurities in different types ofdiamond growth // Diamond and Related Materials. 2012. Vol. 29. P. 29-36.

78. Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J. Optical characterization of natural Argyle diamonds I I Diamond and Related Materials. 2002. Vol. 11. P. 125-131.

79. Izraeli E.S., Harris J.W., Navon O. Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. Vol. 187. P. 323-332.

80. Izraeli E.S., Harris J. W., Navon O. Fluid and mineral inclusions in cloudy diamonds from Koffifontein, South African // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. Vol. 68. P. 2561-2575.

81. Jambon A., Deruelle B., Dreibus G., Pineau F. Chlorine and Bromine abundance in MORB: the contrasting behavior of Mid Atlantic Ridge and East Pacific Rise and implications for chlorine geodynamic cycle // Chem. Geol. 1995. Vol. 126. P. 101-117.

82. Jones R., Briddon P. R., Oeberg S. First-principles theory of nitrogen aggregates in diamond // Phil. Mag. Lett. 1992. Vol. 66. 67-74.

83. Kamiya Y., Lang A.R. On the structure of coated diamonds // Philos. Mag. 1965. Vol. 11. P. 347-356.

84. Keppler H., Wiedenbeck M. and Shcheka S. S. Carbon solubility in olivine and the mode of carbon storage in the Earth's mantle //Nature. 2003. Vol. 424. P. 414-416.

85. Kesson S.E., Ringwood A.E. Slab-mantle interactions 2. The formation of diamonds // Chem. Geol. 1989. Vol. 78. P. 97-118.

86. Khachatryan G.K., Kaminsky F. V. 'Equilibrium' and 'nonequilibrium' diamonds from deposits in the East European platform, as revealed by infrared absorption data // Can. Mineral. 2003. Vol. 41(1). P. 171-184.

87. Khokhryakov A.F., Palyanov Yu.N. Revealing of dislocations in diamond crystals by the selective etching method // Journal of Crystal Growth. 2006. Vol. 293. P. 469^174.

88. Kiflawi /., Fisher D., Kanda H, Sittas G. The creation of the 3107 cm-1 hydrogen absorption peak in synthetic diamond single crystals // Diamond and Related Materials. 1996. Vol. 5. P. 1516-1518.

89. Kirkley M.B., Gurney J. J., Otter M.L., Hill S.J., Daniels L.R. The application of C isotope measurements to the identification of the sources of C in diamonds: a review // Applied Geochemistry. 1991. Vol. 6 (5). P. 477-494.

90. Klein-Ben David O., Izraeli E.S., Hauri E., Navon O. Mantle fluid evolution a tale of one diamond // Lithos. 2004. Vol. 77. P. 243-253.

91. Klein-BenDavid O., Wirth R., Navon O. TEM imaging and analysis of microinclusions in diamonds: A close look at diamond-growing fluids // Am. Mineral. 2006. Vol. 91. P. 353-365.

92. Klein-Ben David O., Izraeli E.S., Hauri E., Navon O. Fluid inclusions in diamonds from the Diavik mine, Canada and evolution of diamond-forming fluids // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. Vol. 71. P. 723-744.

93. Klein-BenDavid ()., Logvinova A.M., Schrauder M., Spetius Z.V., Weiss Y., Hauri E.H., Kaminsky F.V., Sobolev N.V., Navon O. High-Mg carbonatitic microinclusions in some

94. Yakutian diamonds a new type of diamond-forming fluid // Lithos. 2009. Vol. 112S. P. 648659.

95. Kopylova M., Navon O., Dubrovinsky L., Khachatryan G. Carbonatitic mineralogy of natural diamond-forming fluids // Earth and Planetary Science Letters. 2010. Vol. 291. P. 126-137.

96. Kossel W. Zur Theorie des Kristallwachstums // Nachr. Gesselshaft Wiss Gottingen. 1927. Vol 2. P. 135-143.

97. Kushiro I., Syono Y, Akimolo S. Melting of peridotite nodule at high pressures and at high water pressures // J. Geophys. Res. 1968. Vol. 73, P. 6023-6029.

98. Lang A.R. On the growth-sectorial dependence of defects in natural diamond // Proc. Roy. Soc. London A. 1974. Vol. 340. №1621. P. 233-248.

99. Lang A.R., Walmsley J.C. Apatite Inclusions in Natural Diamond Coat // Phys. Chem. Minerals. 1983. Vol. 9. P. 6-8.

100. Logvinova A., Wirth R., Fedorova E., Sobolev N. Nanometre-sized mineral and fluid inclusions in cloudy Siberian diamonds: new insights on diamond formation // Eur. J. Mineral. 2008. Vol. 20. P. 317-331.

101. McDonough W. F., Sun S.-s. The composition of the earth // Chemical Geology. 1995. Vol. 120. P. 223-253.

102. Mendelssohn M.J., Milledge H.J. Geologically significant information from routine analysis of the mid-infrared spectra of diamonds // Inter. Geol. Rev. 1995. Vol. 37. P. 95110.

103. Meyer H.O.A. Inclusions in diamond // Mantle xenoliths. Ed. by P. H. Nixon. Wiley, New York. 1987. P. 501-522.

104. Moore M, Lang A.R. On the internal structure of natural diamond of cubic habit // Phylos, Mag. 1972. Vol. 26 (6). P. 1313-1325.

105. Moore M. Diamond morphology // Ind. Diam. Rev. 1985. Vol. 45. P. 67-71.

106. Navon 0., Hutcheon I.D., Rossman G.R., Wasserburg G.J. Mantle-derived fluids in diamond micro-inclusions //Nature. 1988. Vol. 335. P. 784-789.

107. Navon O. Formation of diamonds in the earth's mantle // Proceedings of the 7th International Kimberlite Conference. 1999. Red Roof Designs, Cape Town. P. 584-604.

108. Niggli P. Geometrische Kristallographie des Discontinuums. 1918-1919. Leipzig. Parts 1-2.

109. Otter M. L., Gurney J. J., McCandless T. E. The carbon isotope composition of Sloan diamonds // EOS, Trans. Am. Geophys. Union. 1990. Vol. 71(17). P. 644.

110. Pal'yanov Yu.N., Shatsky V.S., Sokol A.G., Sobolev N.V. The role of mantle ultrapotassic fluids in diamond formation // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2007. Vol. 104 (22). P. 9122-9127.

111. Palyanov Yu. N., Borzdov Yu. N., Khohryakov A.F., Kupriyanov I.N., Sokol A.G. Effect of Nitrogen impurity on diamond crystal growth processes // Cryst. Growth and Design. 2010. Vol. 10. P. 3169-3175.

112. Perchuk L.L., Safonov O.G., Yaspaskurt V.O., Barton J.M. Crystal-melt equilibria involving potassium-bearing clinopyroxene as indicator of mantle-derived ultrahigh-potassic liquids: an analytical review // Lithos. 2002. Vol. 60. P. 89-111.

113. Reutsky V.N., Harie B., Borzdov Yu.M., Palyanov Yu.N. Monitoring diamond crystal growth, a combined experimental and SIMS study // Eur. J. Mineral. 2008. Vol. 20. P. 365-374.

114. Richardson S.R., Gurney J.J., Erlank A.J. Harris J. W. Origin of diamonds in old enriched mantle //Nature. 1984. Vol. 310. P. 198-202.

115. Rondeau B., Fritsch E., Gairaud M., Chalain J-P., Notari F. Three historical 'asteriated' hydrogen-rich diamonds: growth history and sector-dependent impurity incorporation // Diamond and Related Materials. 2004. Vol. 13. P. 1658-1673.

116. Rondeau B., Fritsch E., Moore M, Thomassot E., Sirakian J.F. On the growth of natural octahedral diamond upon a fibrous core // Journal of Crystal Growth. 2007. Vol. 304. P. 287-293.

117. RudnickR. L., Gao S. Composition of the Continental Crust // The Crust (ed. R. L. Rudnick), Treatise on Geochemistry (eds. H. D. Holland and K. K. Turekian). 2003. Vol. 3. P. 164. Elsevier-Pergamon, Oxford.

118. Schrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana// Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. Vol. 52. P. 761-771.

119. Schrauder M., Koeberl C., Navon O. Trace element analyses of fluid-bearing diamonds from Jwaneng, Botswana // Geochimica et Cosmochimca Acta. 1996. Vol. 60 (23). P. 4711-4724.

120. Schoenflies A. Kristallsysteme und Kristallstruktur. Leipzig: Tuebner, verb. 1. 1891. 638 S; verb. 2. 1923.

121. Shimizu N., Richardson S.H. Trace element abundance patterns of garnet inclusions in p-suite diamonds // Geochim. Cosmochim. Acta. 1987. Vol. 51. P. 755-758.

122. Sobolev N.V., Kaminsky F.V., Griffin W.L., Yefimova E.S., Win T.T., Ryan C.G., Botkunov A.I. Mineral inclusions in diamonds from the Sputnik kimberlite pipe, Yakutia // Lithos. 1997. Vol. 39. P. 135-157.

123. Stachel T., Harris J. Syngenetic inclusions in diamond from Birim field (Ghana) -a deep peridotitic profile with a history of depletion and re-enrichment // Contrib. Mineral. Petrol. 1997. Vol. 127. P. 336-352.

124. Stachel T. Diamond // Mineralogical Association of Canada Short Course Series. 2007. Vol. 37. P. 1-22.

125. Slranski I.N. Zur Theorie des Kristallwachstums // Z. Phys. Chem. 1928. A136. P. 259-278.

126. Sunagawa I. Growth and morphology of diamond crystals under stable and metastable conditions // Journal of Crystal Growth. 1990. Vol. 99. P. 1156-1161.

127. Sunagawa I. Morphology of natural and synthetic diamond crystals // Materials Science of the Earth's Interior, Terra Science Publications, 1984, Tokyo/D Reidel, Dordrecht, pp. 303-330.

128. Suzuki S., Lang A.R. Internal structures of natural diamond crystals revealing mixed-habit growth // Diamond Res., Suppl. Ind. Diamond Rev. 1976. P. 39^47.

129. Swart P.K., Pillinger C.T., Milledge H.J., Seal M. Carbon isotopic variation within individual diamonds // Nature. 1983. Vol. 303 (5920). P. 793-795.

130. Taylor W.R., Green D.H. The role of reduced C-H-0 fuids in mantle partial melting// Kimberlites and related rocks. 1989. Vol. 1 (Geol. Soc. Aust. Spec. Publ. 14). P. 592602.

131. Taylor W.R, Canil D., Milledge H.J. Kinetics of lb to IaA nitrogen aggregation in diamonds // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. Vol. 60 (23). P. 4725- 4733.

132. Taylor L.A., Anand M. Diamonds: time capsules from the Siberian Mantle // Chemie der Erde. 2004. Vol. 64. P. 1-74.

133. Thomassot E., Cartigny P., Harris J. W. and Viljoen K. S. Methane-related diamond crystallization in the Earth's mantle: stable isotope evidence from a single diamond-bearing xenolith // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. Vol. 257. P. 362-371.

134. Valley J. W, Graham C. M., Harte B., Eiler J. M., Kinny P. D. Ion microprobe analysis of oxygen, carbon, and hydrogen isotope ratios // S.E.G. Rev. Econ. Geol. 1998. Vol. 7. P. 73-98.

135. Volmer M. Kinetik der Phasenbildung // Steinkopff. Dresden. 1939. 220 p.

136. Wallace M. E., Green D. H. An experimental determination of primary carbonatite magma composition //Nature. 1988. Vol. 335. P. 343-346.

137. Walmsley J.C., Lang A.R. Oriented biotite inclusions in diamond coat // Mineralogical Magazine. 1992. Vol. 56. P. 108 -111.

138. Walmsley J.C., Lang A.R. On sub-micrometre inclusions in diamond coat: crystallography and composition of ankerites and related rhombohedral caarbonates // Mineralogical Magazine. 1992. Vol. 56. P. 533 -543.

139. Watson E.B., Liang Y. A simple model for sector zoning in slowly grown crystals: implications for growth rate and lattice diffusion, with emphasis on accessory minerals in crustal rocks // Am. Mineral. 1995. Vol. 80 (11-12). P. 1179-1187.

140. Watson E.B. Surface enrichment and trace element uptake during crystal growth // Geochim. Cocmochim. Acta. 1996. Vol. 60 (24). P. 5013-5020.

141. Welbourn C.M, Rooney M.L.T., Evans D.J.F. A study from diamonds of cube and cube related shape from the Jwaneng mine // Journal of Crystal Growth. 1989. Vol. 94. P. 229252.

142. Wyllie P.J. Metasomatism and fluid generation in mantle xenoliths // Mantle Xenoliths (cd. P.H. Nixon). 1987. P. 609-623.

143. Wyllie P. J., Ryabchikov I.D. Volatile components, magmas, and critical fluids in upwelling mantle //J. Petrol. 2000. Vol. 41. P. 1195-1206.

144. Woods G. S. Platelets and the infrared absorption of type la diamonds // Proc. Royal Soc. London. 1986. A407, 219-238.

145. Woods G.S., Collins A.T. // Infrared absorption spectra of hydrogen complex in type I diamonds // J. Phys. Chem. Solids. 1983. V. 44. P. 471-475.

146. Woolley A.R., Kempe D.R.C. Carbonatites: Nomenclature, average chemical compositions and element distributions. In: Carbonatites Genesis and Evolution (ed. K. Bell), Unwin Hyman, 1989, pp. 1-14.

147. Yaxley G.M., Green D.I I. Experimental demonstration of refractory carbonate-bearing eclogite and siliceous melt in the subduction regime // Earth and Planetary Science Letters. 1994. Vol. 128. P. 313-323.

148. Yaxley G.M. Phase relations in carbonated eclogite under upper mantle PT conditions implications for carbonatite petrogenesis In: Gurney, J., Pascoe, M., Richardson, S. (Eds.), Proceedings 7th IKC. 1999. Red Roof Designs, Cape Town, P. 933-947.

149. Yaxley G.M., Brey G.P. Phase relations of carbonate-bearing eclogite assemblages from 2.5 to 5.5 GPa: Implications for petrogenesis of carbonatites // Contr. Miner. Petrol. 2004. Vol. 146. P. 606-619.

150. Yelisseyev A.P., Pokhilenko N.P., Steeds J. W., Zedgenizov D.A., Afanasiev V.P. Features of coated diamonds from the Snap Lake/King Lake kimberlite dyke, Slave craton, Canada, as revealed by optical topography // Lithos. 2004. Vol. 77. P. 83- 97.

151. Zaitsev A.M. Optical properties of diamond: a data handbook. Berlin, Heidelberg, Springer, 2001, 502 p.1

152. Zedgenizov D.A., Iiarle B. Microscale variations of ô C and N content within a natural diamond with mixed-habit growth // Chem. Geol. 2004. Vol. 205. P. 169-175.

153. Zedgenizov D.A., Kagi H.K., Shatsky V.S., Sobolev N. V. Carbonatitic melts in cuboid diamonds from Udacnhaya kimberlite pipe (Yakutia): evidence from vibrational spectroscopy // Miner. Mag. 2004. Vol. 68. P. 61-73.

154. Zedgenizov D.A., Harte B., Shatsky V.S., Politov A.A., Rylov G.M., Sobolev N. V. Directional chemical variations in diamonds showing octahedral following cuboid growth // Contrib. Mineral Petrol. 2006. Vol. 151. P. 45-57.

155. Zedgenizov D.A., Ragozin A.L., Shatsky V.S., Araujo D., Griffin W.L., Kagi H. Mg and Fe-rich carbonate-silicate high-density fluids in cuboid diamonds from the Internationalnaya kimberlite pipe (Yakutia) // Lithos. 2009. 112S. P. 638-647.

Информация о работе

Скузоватов, Сергей Юрьевич
кандидата геолого-минералогических наук
Иркутск, 2012
ВАК 25.00.05

Диссертация

Кристаллогенезис зонально-секториальных алмазов из кимберлитовых трубок Сибирской платформы - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы