Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции

Линь Фан

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции
ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции"

003456364

На правах рукописи

Линь Фан

Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции

(па примере трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская)

Специальность 25.00.05 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

о 5 ДЕК 2008

003456364

Работа выполнена на кафедре минералогии геологического факультете Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

кандидат геолого-минералогическмх наук доцент Кононов Олег Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук профессор Пирогов Борис Иванович

кандидат геолого-минералогических наук с.н.с. Хачатрян Галина Карленовна

Ведущая организация:

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН, г. Москва

Защита состоится 12 декабря 2008 г. в 14:30 часов в ауд. 415 на заседании диссертационного совета Д 501.002.06 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, Геологический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (главное здание, 6 этаж)

Автореферат разослан 12 ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.002.06 доктор геолого-минералогических наук

И.А. Киселева

Введение

Актуальность

Типоморфные особенности морфологии кристаллов алмаза, его спектроскопических и других физических свойств, наряду с данными изотопного анализа и изучения химического состава минеральных включений традиционно используются в качестве критериев типизации месторождений, при проведении прогнозных исследований и в практике геологоразведочных работ (К.П.Аргунов, В.П.Афанасьев, З.В.Бартошинский, В.В.Бескрованов, Ю.М.Биленко, Г.К.Блинова, НА.Бобков, И.Н.Богуш, Г.П.Буланова, В.И.Ваганов, А.В.Варшавский, В.Г.Васильев, Э.М.Галимов, В.К.Гаранин, Ю.С.Геншафт, М.А.Гневушев, Ю.А.Дуденков, Н.Н.Зинчук, Ф.В.Каминский, В.Н.Квасница, Ю.А.Клюев, В.И.Коптиль, А.А.Кухаренко, Ю.Л.Орлов, Ю.Н.Пальянов, М.И.Самойлович, Е.В.Соболев, Н.В.Соболев, Ю.П.Солодова, З.В.Специус, С.В.Титков, Г.К.Хачатрян, О.Е.Шестакова и многие другие). Основные результаты этих исследований обобщены в монографиях (Орлов, 1963, 1973; Бокий и др., 1976; Природные..., 1999; Г.П.Буланова, 1993; Квасница и др., 1999; Бескрованов, 2000; Зинчук, Коптиль,2003 и др.).

На основе детального изучением анатомии кристаллов алмаза установлены общие закономерности морфологической эволюции кристаллов алмаза, обусловленные дискретно-прерывистым характером многоэтапного роста и взаимосвязи морфологии с содержанием основных азотных дефектов и степенью агрегации азота (Бескрованов, 2000; Kamisky, Chaschatryan,2003; Bulanova et. al., 2003, Васильев,2007, Гаранин и др„ 2007, С.В.Титков и др., 2004 и др.). Экспериментально установлена взаимозависимость основных габитусных типов кристаллов алмаза и спектроскопических свойств с температурой и давлением синтеза и облагораживания (Самойлович и др, 1976; Вине и др., 2003 и др.). Морфологические особенности кристаллов алмаза экспериментально изучены при моделировании условий роста и растворения алмаза, имитирующих природные расплавы (Пальянов и др., 1985; Литвин и др. 2004; Хохряков, 2004; Сонин, 2005 и др.). При проведении массовых исследований кристаллов алмаза ЯАП особенно эффективным оказался метод ПК-спектроскопии, на основе которого были установлены основные закономерности распределения в отдельных алмазоносных трубках, полях, районах кристаллов алмаза с различным содержанием азотных дефектов и водорода, позволяющих оценивать равновесную температуру и их образования (Ю.М.Биленко, Г.К.Блинова, И.Н.Богуш, Г.П.Буланова, Ф.В.Каминский, Ю.А.Клюев, Е.В.Соболев, Г.К.Хачатрян, J. Hanis, S.Boyd, G.Devies, T.Evans, I.Kiflawi, A.Mainwood, M.Mendelssohn, H.Milledge, G.Woods и др.)

Однако, несмотря на уже достигнутые достижения в области типоморфизма алмаза, остаются нерешенными некоторые теоретические и методические проблемы генетической интерпретации морфологических и ИК-спектроскопических данных. Для наиболее распространенных в кимберлитовых трубках октаэдрических кристаллов алмаза недостаточно изучена взаимосвязь особенностей внешней и внутренней морфологии с содержанием основных азотных дефектов, не определены критерии их формационной принадлежности и условий образования. Необходимость количественной оценки этих связей предполагает повышение точности расчетов при обработке спектроскопических данных. Остается дискуссионным вопрос о природе морфологических особенностей октаэдрических кристаллов алмаза с дитригональными формами октаэдрических граней, переходных к округлым формам. Цели работы.

Настоящая работа нацелена на изучение взаимосвязи особенностей внешней и внутренней морфологии октаэдрических кристаллов алмаза с содержанием азотных дефектов и с равновесной температурой их образования и преобразования в связи с возможностью использования полученных данных в качестве типоморфных особенностей и поисковых признаков в локальном прогнозе коренных источников алмаза. Задачи работы.

Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи по изучению морфологических особенностей и спектроскопических свойств октаэдрических кристаллов алмаза из четырех трубок АЯП (Мир, Удачная, Юбилейная, Комсомольская):

1. визуально-микроскопическое описание, гониометрическое и электронно-микроскопическое изучение морфологических особенностей октаэдрических кристаллов алмаза;

2. изучение распределения по цвету и интенсивности люминесценции с ультрафиолетовым, катодным и лазерным возбуждением на поверхности и срезах кристаллов алмаза;

3. ИК спектроскопическое изучение морфологических групп кристаллов алмаза и разработка приемов компьютерной обработки ИК-спектров;

4. изучение частоты встречаемости кристаллов алмаза октаэдрического облика, отличающихся по содержанию основных азотных дефектов и степени агрегации азота;

5. оценка температурных условий образования октаэдрических кристаллов алмаза Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора.

В основу работы положены мелкие кристаллы алмаза размерно-весового класса -2+1, отобранные из коллекции общей массой 500 карат, представляющей срез добычи в сентябре 2002 года на месторождениях Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская (ЯАП). Автором просмотрена под бинокулярным микроскопом вся коллекция, из которой была предварительно отобрана партия общей массой 330 карат, состоящая из 757 кристаллов октаэдрического облика с плоскими гранями и рельефными формами, из которой затем было выбрано около 290 кристаллов, наиболее пригодных для ИК-спектроскопических исследований. Из 65 предварительно изученных кристаллов были сделаны распилы для исследований внутренней морфологии. Самостоятельно проведено визуально-микроскопическое морфологическое описание около 320 кристаллов. Для всех кристаллов цифровой камерой Nicon 4500 под бинокулярным микроскопом сделано свыше 300 микрофотографий.

Гониометрические исследования типовых кристаллов алмаза проведены самостоятельно под руководством к.г-м.н. Г.И.Дороховой на кафедре кристаллографии и кристаллохимии. Электронно-микроскопическое изучение некоторых из этих кристаллов выполнено в институте Кристаллографии РАН под руководством к.г-м.н Е.В.Копорулиной. На кафедре электронной микроскопии Физического факультета МГУ под руководством к.ф.н. П.В.Иванникова на сканирующем электронном микроскопе с приставкой для цветной катодолюминесценции (ЦКЛ), получено более 700 изображений кристаллов при увеличениях от 70 до 1600х. В оптической лаборатории ВИМСа под руководством н.с. В.А.Рассулова сделано 24 спектров фотолюминесценции и получено 80 микрофотографий и 80 микрофотографий люминесцирующих кристаллов при возбуждении длинноволновым УФ светом.

ИК спектроскопическое изучение алмаза было выполнено на кафедре органической химии Химического факультета МГУ под руководством к.х.н. Б.Н.Тарасевича на спектрофотометре «Thermo Nicolet» для 191 кристаллов, обработка спектроскопических данных проведена автором по самостоятельно разработанному алгоритму в сотрудничестве к.х.н. кхн Б.Н.Тарасевичем, с асп.Р.С.Серовым и с консультациями д.г-м.н. Д.Г.Кощуга, к.ф.н. В.Г.Винса, к.г-м.н.С.В.Вяткина.

Достоверность результатов исследований подтверждается представительностью образцов, объемом аналитического материала и использованием различных инструментальных методов исследований. При обработке результатов исследований, построении диаграмм, гистмрамм и рисунков автором были использованы стандартные компьютерные программы. Научная новизна

1. Впервые проведено сравнительное комплексное детальное изучение морфологических и спектроскопических характеристик кристаллов алмаза октаэдрического облика, относящихся к преобладающей во многих кимберлитовых трубках 1-ой морфологической разновидности по классификации ЮЛ.Орлова из представительной коллекции, отобранной из партии алмазного сырья размерно-весового класса -2+1 общей массой 500 карат из среза добычи на месторождениях трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская (ЯАП).

2. Впервые для кристаллов алмаза октаэдрического облика предложена морфологическая систематика с подразделением на морфологическую группу острореберных плоскогранных октаэдров и две морфологические группы (серии) кристаллов с тригональными (О-Т) и дитригональными (O-DT) ступенчато-слоистыми формами октаэдрических граней. В каждой

морфологической серии выделены морфологические ряды кристаллов промежуточных форм с комбинационными гранями псевдоромбододекаэдра, псевдогексаоктаэдра и псевдотетрагексаэдра, переходных к округлым додекаэдроидам, октаэдроидам и гексаэдроидам, соответственно. Впервые установлено распределение октаэдрических кристаллов выделенных морфологических групп в трубках. Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская.

3. Получены новые гониометрические и электронно-микроскопические данные о деталях внешней и внутренней морфологии октаэдрических кристаллов алмаза, цвете и интенсивности катодо- и фотолюминесценции и на поверхности и на срезах кристаллов, свидетельствующие о ростовой природе октаэдрических граней кристаллов как О-Т, так и О-БТ серии, и спектроскопические данные по ИК спектрам о распределении азотных дефектов.

4. Усовершенствован алгоритм компьютерной обработки спектров ИК поглощения кристаллов алмаза с разложением на составляющие полосы и предложены новые приемы статистической обработки данных с упрощенной и экспрессной процедурой определения суммарного содержания азота, относительного содержания всех основных азотных дефектов и с расчетом содержания в них азота.

5. Впервые установлена взаимосвязь между морфологией и дефектностью октаэдрических кристаллов алмаза, которая подчеркивается в целом относительно низким средним содержанием азота в кристаллах О-Т серии и более высоким - в кристаллах О-ОТ серии, более высокой степенью агрегации азота в В-формах в кристаллах острореберных плоскогранных октаэдров и О-Т серий по сравнению с кристаллами О-ОТ серии из каждой кимберлитовой трубки

6. Впервые для кристаллов алмаза О-Т и О-ОТ серий из трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская определены различные градиенты равновесной температуры образования в различных условиях.. Для разных трубок установлены индивидуальные по величине и направлению тренды изменчивости равновесной температуры, в зависимости от суммарного содержания и степени агрегации азота в В-форме.

Практическое значение

Комплекс разработанных методов морфологических и спектроскопических исследований, опыт и результаты изучения октаэдрических кристаллов алмаза трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская могут быть использованы при паспортизации кимберлитовых трубок и в практике локального прогноза при проведении поисково-разведочных работ.

Материалы диссертации используются в спецкурсе «Физика и геммология алмаза», переданы для экспозиции «Люминесценция минералов» в Музее землеведения МГУ имени М.В.Ломоносова. Защищаемые положения.

1.Предложена новая систематика кристаллов алмаза октаэдрического облика I разновидности (по Ю.Л.Орлову) с подразделением на группу плоскогранных октаэдров и две группы кристаллов, образующих морфологическую О-Т серию кристаллов с тригональными и морфологическую О-ОТ серию кристаллов с дитригональными ступенчато-слоистыми формами октаэдрических граней. В каждой серии выделены морфологические ряды кристаллов промежуточных форм переходных к округлым додекаэдроидам и октаэдроидам, соответственно. Ростовая природа октаэдрических граней кристаллов как О-Т, так и О-БТ серий подтверждается результатами гониометрических, электронно-микроскопических и спектроскопических исследований.

2.Предложен алгоритм компьютерной обработки спектров ИК поглощения кристаллов алмаза с разложением на составляющие полосы и усовершенствованы приемы статистической обработки данных с упрощенной и экспрессной процедурой определения суммарного содержания азота и содержания всех основных азотных дефектов.

3.Впервые для кристаллов алмаза О-Т и О-ОТ серий из трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская определены градиенты равновесной температуры от 1100 до 1200°С и вероятной глубины образования в пределах 190-200 км. Для разных трубок установлены

индивидуальные по величине и направлению тренды изменчивости равновесной температуры и степени агрегации азота. Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано две статьи и 7 тезисов докладов, представленных на 30-й международной геммологической конференции (2007), на сессии Российского минералогического общества (2007), на международных конференциях Ломоносов-2006П2007 и 2008, на конференции «Наука-молодым(2008)», на конференции по электронной микроскопии (2008). Благодарности.

Автор выражает благодарность всем упомянутым лицам за помощь в проведении исследований, сотрудничество и плодотворные дискуссии, д.г-м.н. В.К.Гаранину, Д.Г.Кощугу, Н.И.Леонюку, А.А.Ульянову за ценные советы и поддержку, также за помощь при подготовке части материала к исследованиям А.Н.Ноздрякову, за добрые советы и помощь при обсуждении, редактировании и оформлении диссертационной работы и подготовке ее к защите д.г-м.н. И.А.Киселевой, к.г-м.н. С.К.Ряховской, к.г-м.н. М.Ф.Вигасиной и другим сотрудникам кафедры минералогии, к.х.н. Б.Н..Тарасевичу и к.ф-м.н. П.В.Иванникову и своим товарищам, заведующему кафедрой чл.-корр. РАН профессору А.С.Марфунину за внимание и поддержку, к.г-м.н. О.В Кононову за общее руководство, постановку цели и задач работы, предоставление материалов, всестороннюю помощь на всех стадиях исследований. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения три главы и заключения общим объемом 130 стр., содержит 60 рисунков, и 15 таблиц, а также приложение с экспериментальными данными в виде спектров, таблиц и атласа с микрофотографиями и электронно-микроскопическими изображениями кристаллов алмаза в ВЭ и ЦКЛ режиме. Список литературы включает 80 наименований.

Содержание работы и обоснование защищаемых положений Введение

Часть 1. Современное состояние изученности алмаза (Литературный обзор)

Глава 1.1 Современное состояние проблемы изученности морфологии, структуры и физических свойств алмаза.

В главе изложены современные данные о внешней и внутренней морфологии, составе и содержании структурно-примесных дефектов и связанных с ними спектроскопических и других физических свойствах кристаллов алмаза. Рассмотрены проблемы, связанные с эволюцией представлений о структуре дефектов, механизмах и условиях их трансформации в природе и процессах синтеза и облагораживания. Глава 1.2.Проблемы типоморфизма алмаза.

В главе кратко изложена история изучения морфологии и спектроскопических свойств алмаза, изотопного состава и минеральных включений и проблемы использования их в качестве типоморфных признаков. Рассмотрены проблемы морфологической и минералогической систематики кристаллов алмаза, происхождения округлых форм кристаллов. Рассмотрены проблемы использования морфологических и спектроскопических данных как типоморфных признаков алмаза.

Глава 1,3. Состояние и проблемы геолого-минералогической изученности алмаза из кимберлитовых трубок Мир, Удачная, Юбилейная, Комсомольская (ЯАП).

В главе кратко изложены сведения о геолого-тектонической позиции названных алмазоносных трубок в пределах ЯАП. Дана краткая характеристика внутреннего строения трубок, петрографического состава интрузивно-эксплозивных фаз. Приведены данные морфологического и спектроскопического изучения алмаза из этих месторождений.

Часть 2. Методы и результаты исследований.

Глава 2.1. Методика отбора и визуального изучения кристаллов алмаза

В основу работы положены кристаллы алмаза размерно-весового класса -2+1, отобранные из коллекции общей массой 500 карат, представляющей срез добычи в сентябре 2002 года на месторождениях Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская (по 125 карат из каждого месторождения). Была просмотрена вся коллекция, из которой были отобраны 757 кристаллов октаэдрического облика с плоскими гранями и рельефными формами, из которых затем было выбрано 290 кристалла, среди которых 84 из трубки Мир, 55 из трубки Юбилейная, 63 из трубки Удачная и 88 из трубки Комсомольская, отличающихся по деталям морфологии, окраске, цвету и интенсивности люминесценции и пригодных для ИК-спектросколических исследований. После морфологического спектроскопического изучения была отобрана представительная партия нз 80 кристаллов из всех трубок для распиловки и дальнейшего изучения на поверхности спилов. Описание внешней морфологии иллюстрируется зарисовками некоторых кристаллов в виде разверток, подчеркивающих их несимметричность и микрофотографиями, сделанными с помощью цифровой камеры Кюоп 4500 под бинокулярным микроскопом с микрофотоприставкой; всего получено 300 микрофотографий.

Глава 2.2. Морфологические особенности октаэдрических кристаллов алмаза.

Визуально-микроскопическое изучение и систематика октаэдрических кристаллов. Представленные в коллекции октаэдрические кристаллы алмаза характеризуются разнообразием деталей внешней огранки; их большая часть прозрачна, бесцветна с голубовато-серым оттенком, встречаются серые, темно-серые и иногда черные кристаллы с включениями графита, реже коричневые, желтые, желтоватые разновидности (Рис.1.)._ _

Бесцветный кристалл алмаза

с дитригональными формами граней октаэдра

Желтоватый кристалл алмаза с негативными вершинными формами

Сросток кристаллов алмаза с

комбинационной штриховкой на гранях псевдоромбододекаэдра

Рис.¡.Морфология и окраска октаэдрических кристаллов алмаза

Дитригоналъные негативные формы рельефа с антипараллельной ориентировкой на октаэдрической гранях микрокристаллов алмаза

Плоскогранный бесцветный октаэдрический кристалл алмаза с острыми ребрами и

Плоскогранный коричневый октаэдрический кристалл алмаза с линями скольжения

бесцветный кристалл алмаза с тригоиальными формами граней октаэдра

Октаэдрический бесцветный кристалл алмаза с

дитригональными формами роста

В результате просмотра и морфологического описания под бинокулярным микроскопом все отобранные для исследований кристаллы алмаза из четырех трубок были систематизированы с разделением на три группы (рис. 2.):

I. группа: октаэдрические кристаллы с плоскими зеркально гладкими гранями, острыми ребрами и вершинами, высоко симметричные или с некоторыми искажениями октаэдрического облика.

II. группа: О-Т серия октаэдрические кристаллы, осложненные вдоль ребер ярко выраженной комбинационной штриховкой из торцов слоев ступенчатого рельефа граней октаэдра тригональной формы. Выделены ряды от кристаллов с крупными гранями октаэдра с начальной стадией формирования штриховки с соизмеримой (IIa) и несоизмеримой IIb высотой ступенек до полного исчезновения граней октаэдра с появлением в первом случае плоскогранного псевдоромбододекаэдрода, а во втором -додекаэдроида с округлыми гранями.

III. группа: O-DT-серия октаэдрические кристаллы с ярко выраженной комбинационной сноповидной штриховкой, сформированной торцами ступеней на гранях дитригональной формы. Выделены ряды от плоскогранных октаэдров и промежуточных форм рельефных кристаллов с крупными гранями октаэдра с соизмеримой (Ша) и несоизмеримой (ШЬ) высотой ступенек штриховки до почти полного исчезновения граней октаэдра с комбинационными гранями псевдотетрагексаэдра и псевдогексаоктаэдра и гексаэдроидов и октаэдроидов с округлыми формами. Незначительная часть кристаллов с Рис.2. Морфогенетическая систематика формами растворения, искажающими октаэдрических кристаллов алмаза первичный облик осталась не идентифицированной с той или иной морфологической группой.

Распределение морфологических групп алмаза. Относительное содержание кристаллов алмаза разных морфологических групп неравномерно (Таблица 1) . Из всех трубок по относительному содержанию кристаллов О-Т и О-ИТ серии выделяется трубка Мир, в которой кристаллы О-ВТ серии существенно преобладают по сравнению с другими трубками.(рис..З)

Таблица 1.

Распределение морфологических групп кристаллов в трубках Юбилейная, Мир, Удачная, Комсомольская

Серии кристаллов Распределение кристаллов по трубкам

Юбилейная Мир Удачная Комсомольск

Группа I 2 5 4

Группа 11 О-Т 18 6 19 18

Группа 111 0-DT 23 37 15 15

Неопределенные 1 1 4 6

Итого 44 44 43 43

□ Dili:

----

wll—

- S->

Комсомольская Мпр Юбилейная Удачная

Рис.3. Распределение кристаллов 0-DT морфологической серии по трубкам

Микроморфология и природа ступенчато-слоистых форм октаэдрических граней кристаллов ОТ- и О-РТ серий. Решение вопроса о происхождении ступенчато-слоистых форм октаэдрических граней кристаллов алмаза О-Т и О-РТ серий, крайние представители которых

имитируют округлые формы растворенных кристаллов, требует детального изучения внешней морфологии методами гониометрии и электронной микроскопии.

Методом гониометрии изучено 8 кристаллов из II и III группы, отобранных из партии 50 кристаллов из трубки Удачная на двукружном отражательном гониометре с юстировкой по равно наклонным граням октаэдра (р = 54,75°). Идеальные одиночные рефлексы зафиксированы только от граней октаэдра (все оценки 4 - 5), в остальных случаях отмечены непрерывные дуги или полосы слабых рефлексов (крестов), отстоящих друг от друга на 1 - 2' Для вычисления символов взяты (р и р начала и конца полос и дуг, а также наиболее яркие точки этих дуг. Полученные данные измерений и их обработки с расчетом индексов рефлексов по методике (Дорохова, Каллунник, 1990) представлены для наглядности в виде идеализированных моделей кристаллов со ступенчато-слоистым ростом октаэдрических граней и на стереографических проекциях для кристаллов О-Т и О-РТ серий (рис.4,5)._

Рис.4. Идеализированные кристаллы с трнгональными формами с частично (£-14-28) и полностью (б-и-1-14) выклинивающимися гранями октаэдра, с комбинационной параллельной штриховкой вдоль ребер и псевдо ромбододекаэдрическими гранями; стереографическая проекция рефлексов, зафиксированных при гониометрических измерения;: кристалла И-1-14.

Для кристаллов алмаза группы II рефлексы составляют непрерывную полосу от октаэдра {111} до ромбододекаэдра {110} через (771), (772), (221), (775), причем граней ромбододекаэдра ни на одном кристалле в действительности отсутствуют. Кристаллы группы III отличаются более сложными индексами, меняющимися и по р к по ср. Поэтому они были привязаны к рефлексам типа (Okl). Для всех кристаллов р подобных рефлексов сводилось в независимую область со значением 5 ~ 6°. Наиболее близкий символ (078). Далее вычислялись символы точек зоны {111}-{078} и сопоставлялись с экспериментальными данными: (1.15.17), (2.9.10), (6.13.14), (10.17.18), (3.11.10), (5.26.29), (2.23.26). Были зафиксированы также очень слабые одиночные рефлексы, отвечающие грани (353). Результаты гониометрических измерений приведены в табличной форме в диссертации. Идеализированные изображения и стереографические проекции кристаллов U-I-2 и U-I-88 приведены на рисунке 5_

Рис.5. Идеализированные кристаллы алмаза с выклинвающимися дитригональными гранями (а-11-1-88) и с дополнительной гранью (б-И-1-2), с комбинационной сноповидной штриховкой вдоль ребер и псевдо тетрагоноктаэдрическими гранями; в) стереографическая проекция рефлексов, зафиксированных при гониометрических измерениях кристалла и-1-88

Электронно-микроскопическое изучение кристаллов II и III группы проведено на аналитическом сканирующем электронном микроскопе 18У-561ОЬУ с получением изображений в отраженных электронах. При больших увеличениях на кристаллах II группы обнаруживаются острые вершины и края несоразмерных по высоте ступенек тригональных слоев и поверхности комбинационных граней псевдоромбододекаэдра (рис.6) или острые края невысоких соразмерныех ступенек, образующих грани псевдоромбододекаэдра с тонкой штриховкой (рис.

a-общий очд

6- деталь

Рис.6. Кристалл типа На: а) - общий вид, 6) -увеличенный фрагмент: ребра и вершины -острые, ступени - разной величины. В конечном итоге формируются псевдоромбододекаэдра с грубой штрихокой, возможен переход к

Рис.7. Кристалл типа IIb: а) - общий вид псевдоромбододекаэдра, б) в) - увеличенные фрагменты, на которых четко видна сложная тонкая скульптура поверхности псевдограней (торцы очень тонких ступеней)

кристаллов алмаза 111а-группы с острыми вершинами и краями соразмерных по высоте ступенек

дитригональных слоев и со сноповидной

штриховкой вдоль ребер октаэдра на гранях псевдогексаоктаэдра.

a-общий вид

Рис.8. Кристалл типа Illa: а) - общий вид, б) -увеличенный фрагмент: четко видна дитригональная форма граней октаэдра, на которых формируются невысокие соразмерные ступени. Скульптура округлых псевдограней достаточно сложная - занозистая. В конечном итоге формируются штрихованные псевдограни перехода от гексаоктаэдра к тетрагексаэдру.

Шб-группы с

несоразмерными по

высоте ступенек

дитригональных слоев и выпуклыми гранями псевдотетрагексаэдроида,

Тригональные и дитригональные формы слоисто-ступенчатых октаэдрических кристаллов алмаза, отличаясь только симметрией слоев октаэдрических граней, аналогичны по всем остальным деталям микроморфологии. Кристаллы III группы, отличающиеся дитригональными формами слоев в зависимости от соразмерности высоты ступенек оснащены исштрихованными гранями псевдогексаоктаэдра или псевдотетрагексаэдроида (Рис.8, 9 и .10).

Основные морфологически группы октаэдрических кристаллов 1-й разновидности (по Ю.А.Орлову), О-Т и 0-DT морфологических серий, отличающиеся формой слоев ступенчатых граней октаэдра, имеют общие особенности тонкой морфологии и ростовую природу ступенчато-послойного роста. К ним относятся: 1) аналогичные одинарные ряды изменения углов рефлексов с символами от отчетливых октаэдрических граней к граням псевдоромбододекаэдра с параллельной комбинационной штриховкой для кристаллов ОТ серий и сдвоенные ряды рефлексов от октаэдрических граней к удвоенному числу граней псевдогексаоктаэдра или пс'евдотетрагонгексаэдра; 2) острые ребра, вершины и края ступенек и слоев роста независимо от их высоты, фиксируемые при любых увеличениях; 3) ровная зеркально-плоская поверхность октаэдрических граней на всех ступеньках как тригональной, так и дитригональной формы. Глава 2.3. Цветная катодолюминесценция.

Аппаратура и методика В диссертации дано описание электронно-микроскопического метода изучения на сканирующем микроскопе поверхности и срезов кристаллов О-Т и 0-DT серий в режиме вторичных электронов (ВЭ) и цветной катодолюминесценции (ЦКЛ) с получением изображений распределения цвета и интенсивности свечения и оценкой его спектрального состава. Исследования проведены на поверхности кристаллов и

ориентированных срезах по (100). В общей сложности было получено около 700 объемных многоцветных изображений при увеличениях от 70 до 1 бООх, и 65 изображений на плоскости ориентированных срезов.

ЦКЛ и внешняя морфология октаэдрических кристаллов алмаза. Впервые проведено комплексное изучение распределения цвета и интенсивности КЛ на поверхности и на срезах кристаллов О-Т и О-Б'Г серий. Методом ЦКЛ в СЭМ показано, что большинство октаэдрических кристаллов алмаза характеризуется преимущественно голубой КЛ с различной интенсивностью на октаэдрических гранях, ребрах и вершинах.. У кристаллов почти идеальной октаэдрической формы I морфологической группы она выражено очень слабо или отсутствует. Более интенсивная КЛ приурочена к ребрам и вершинам, на гранях часто неравномерная, иногда наблюдается приуроченность слабой КЛ к сегментам тетрагональной формы полигонального роста, разделенными полосами с более яркой КЛ. (рис.11).

У кристаллов О-Т серии торцы тонких ступенек тригональных форм послойного роста отличаются более яркой голубой люминесценцией, чем поверхность граней, для которых обнаруживается неравномерное, часто мозаичное распределение по яркости, обусловленное приуроченностью к тонким элементам полигонального послойного роста или полное отсутствие свечения (рис. 11.6).

У кристаллов алмаза О-БТ серии чаще обнаруживается зональное

распределение КЛ по цвету и по интенсивности с более грубым

чередованием голубого, желтого, зеленого, оранжевого и красного свечения на торцах ступенек дитригональных форм послойного роста и на поверхности октэдрических граней (рис. 11.в ). Неравномерное распределение КЛ по цвету и интенсивности на гранях обусловлено приуроченностью к неполным формам полигонально-тангенциального роста (рис.11.г.). Более редкая красная КЛ приурочена к вершинам и самым внешним слоям послойного роста октаэдрических граней (рис.11.д). Встречающиеся на поверхности кристаллов параллельные линии скольжения с зеленой КЛ пересекают все зоны послойного роста (рис. 11.е).

ЦКЛ и внутреннее строение октаэдрических кристаллов алмаза. Изучение ЦКЛ на срезах кристаллов показало(рис. 12.13), что среди них преобладают кристаллы с голубой КЛ разной интенсивности, иногда с зонами желтой, реже зеленой или красной КЛ. Среди них обнаруживаются кристаллы с однородным по интенсивности распределением голубой КЛ со слабо проявленным ритмичным или зонально-секториальным строением (К-1-148).Обычны кристаллы с грубо-ритмичным чередованием зон и с зонами ступенчато-слоистого роста в центральной части и на периферии, отличающиеся интенсивностью свечения (\V-1-81). Во многих случаях в октаэдрических кристаллах как О-Т, так и О-БТ серии преобладает центральная зона с ровными октаэдрическими гранями, слегка скошенными гранями куба со значительно большей интенсивностью голубой КЛ по сравнению с внешними узкими прямолинейными зонами роста октаэдрических граней.со ступенчатыми формами на внешней поверхности (М-1-43, и-1-4). Особого внимания заслуживают кристаллы со ступенчатыми формами на поверхности октаэдрических граней, у которых на срезах в периферических, промежуточных и центральных частях также обнаруживаются неоднократно повторяющиеся зоны ступенчато-слоистого роста. На этих кристаллах отчетливо видна преемственность октаэдрических граней в условиях ритмично меняюшейся скорости роста, отличающихся цветом (\V-1-14, М-1-54) или интенсивностью голубого цвета КЛ (\V-1-14, и-1-51, К-1-25). Наряду с этим в центральной части кристаллов обнаруживаются ядра неправильной формы и в

где Рнс.11. ЦКЛ на октаэдрических кристаллов алмаза

виде мелких правильных октаэдрических кристаллов со ступенчатыми контурами. Большая часть их не люминесцирует, другие, со слабой темно-синей, желтой и красной КЛ обнаруживают зонально-секториальное строение (М-1-45). Кристаллы с ритмичным чередованием зон с голубой и желтой КЛ обнаружены во всех трубках, но довольно редки. Они принадлежат, как к О-Т серии (К-1-22), так и О-БТ серии (11-1-76). Чаще зоны с желтой КЛ сосредоточены в периферической части кристаллов (К-1-103).

11-1-4

Рис. 13. ЦКЛ на срезах октаэдрических кристаллов О-ОТ серии

V/ -Трубка Удачная, и- Трубка Юбилейная, К- Трубка Комсомольская, М- Трубка Мир

ЦКЛ изображения внешней поверхности и внутренней морфологии кристаллов алмаза 'б определенном изменении морфологии в процессе двух- или Им соответствует последовательное образование центральной,

дают представление трехэтапного роста.

промежуточной и периферической части в полном соответствии с онтогенической классификацией алмаза В.В.Бескрованова (2003). Центральная зона, часто почти не люминесцирующая, имеет секгориально-зональное строение. Она сменяется промежуточной зоной, отличающейся более яркой голубой КЛ с однородным внутренним строением со слабым проявлением секториальности. В некоторых случаях промежуточная зона сложена прямолинейными и ступенчатыми контурами октаэдрических граней роста. Внешняя зона с менее интенсивной или очень слабой голубой КЛ обнаруживает тонкую ритмичность, которая на самой поверхности сменяется ступенчатыми формами с более яркой голубой, желтой или красной КЛ вдоль отдельных слоев роста. Полученные данные свидетельствуют об общей ростовой природе внешней и внутренней морфологии кристаллов алмаза независимо от принадлежности к О-Т и ОЛЭТ серий. Глава 2.4. Фотолюминесценция.

Аппаратура, методика и подготовка образцов к исследованиям. В главе изложены результаты изучения фотолюминесценции (ФЛ) кристаллов алмаза, отобранных по внешним признакам для проведения морфологических и спектроскопических исследований. Визуальное описание цвета и интенсивности люминесценции в длинноволновом УФ-свете и более детальные спектроскопические исследования ФЛ алмаза были проведены для всех отобранных кристаллов и на 80 срезах. Микрофотографии изображений распределения цвета и интенсивности ФЛ на внешней поверхности и срезах кристаллов получены при фокусированном УФ свете на оптическом микроскопе с фотоприставкой, а спектры локальной ФЛ с лазерным возбуждением (кШ1$= 337,1 нм) с временной задержкой 50 мкс снимались в отдельных точках при комнатной температуре.

Визуальная ФЛ октаэдрических кристаллов алмаза. Визуальное изучение показало, что большинство кристаллов алмаза при коротковолновом УФ возбуждении обнаруживают в основном голубое, белесое, реже желтое, желто-зеленое, оранжевое и еще реже красное свечение разной интенсивности с равномерным, зональным или пятнистым распределением; часть кристаллов не люминесцирует.

Голубой цвет ФЛ преобладает во всех трубках. Желтый, зеленый, оранжевый и красный встречается редко. Не люминесцирующие в УФ свете октаэдрические кристаллы алмаза преобладают в.трубке Мир, составляют почти две трети в трубке Юбилейная, и около половины в трубке Удачная и не обнаружены в трубке Комсомольская (Таблица 2).

Эти данные в основном согласуются с данными других исследователей ФЛ алмаза из этих трубок [Зинчук, Коптиль, 2003].

Наблюдение распределения ФЛ на поверхности кристаллов алмаза и распределение цвета ФЛ при возбуждении длинноволновым УФ светом подчеркивают неоднородное свечение граней ребер и вершин кристаллов алмаза, причем каждый визуально воспринимаемый цвет ФЛ описывается соответствующими спектрами излучения (Рис.14).

Полученные данные позволяют идентифицировать цвет люминесценции с соответствующими центрами люминесценции и изучить их распределение в кристаллах. Голубая люминесценция с полосами около 415 нм и 460 нм отвечают С-дефекту ([>Гс]-центр) и [(Нс)зУс]-дефекту(ЗЫ-центр), желто-зеленая люминесценция с полосой около 520 нм соответствует ([КсУс]-дефекту (НЗ-центр), дополнительный к А-дефекту), и [(Ус)2№)2]), желтая люминесценция с полосой 560 нм - (|>1сУс]-дефект (Н4-центр), дополнительный к

Таблица 2..

Распределение кристаллов алмаза по цвету люминесценции

Количество кристаллов из трубок

Цвет люминесценции Мир Юбилейная Удачная Комсомольская

Кристаллы октаэдрического облика

От ярко голубого до бледноголутого 6 67 72 118

От ярко зеленого до желтовато-зеленого 8 9

От яркожелтого до темно желтого 4 5 б

От желто-красного до оранжевого 2

От розового до красного 1 2

Не люминесцируют 87 47 68

Итого-октаэдры 98 114 148 137

Piic. 14. Цвет и спектры ФЛ октаэдрнческнх кристаллов алмаза

В2-дефекту и красная люминесценция приписывается ([NcVcJ-дефекту или [NicVcJ-дефекту, Желтая люминесценция линий деформационных дислокаций связывается с локализацией на них азотно-вакансионных дефектов или с разрушением вдоль дислокаций А- , В1- или В2-дефектов. Результаты распределения центров фотолюминесценции соответствуют картинам распределения ЦКЛ.

Глава 2.5. Инфракрасная спектроскопия.

Аппаратура и методика измерений спектров ИК поглощения. Спектры ИК поглощения регистрировались на ИК спектрометре «Термо Nicolet» с Фурье-преобразованием. Измерения проводились в диапазоне от 400 до 4000 см' (от 25 до 2,5 мкм) с разрешением в пределах от 2 до 8 см'1, число сканов равно 64, аподизация бипараболическая. Для исследований были отобраны октаэдрические кристаллы алмаза размерно-весового класса -2+1 как с плоскими зеркальными гранями и острыми ребрами, так и с тригональными и дитригональными формами ступенчато-слоистого рельефа. Предварительное изучение показало, что степень рельефности граней практически не оказывает влияния на соотношение интенсивностей и смещение полос ИК поглощения, а снижение общей интенсивности полос поглощения и соответствующее ухудшение качества записи спектра существенно лишь в случае низкой оптической плотности. При измерении спектров мелких кристаллов был использован специально изготовленный держатель из свинцовой фольги толщиной 0,2 - 0,5 мм с диафрагмирующим отверстием, диаметр которого обеспечивал полное освещение центральных частей граней и перекрывание апертуры луча. Измерений толщины кристаллов не проводилось, она исключалась при нормировании спектроскопических данных. Полученные спектры дают усредненные данные вдоль луча, проходящего через кристалл, без учета деталей его внутренней оптической неоднородности.

Методика расчета содержания азотных дефектов. Методические основы обработки спектров ИК поглощения и расчета содержания азота в структурных дефектах алмаза, разработанные впервые В.Кайзером и В.Бондом (Kaiser W., Bond W., 1959), получили дальнейшее развитие в работах российских (Клюев, 1971; Соболев, Лисойван, 1972; Клюев, Плотникова, Смирнов, 1979; Бокий (ред), 1986; Природные...., 2003; Хачатрян, 2003 и др.) и зарубежных (Boyd, Kiflawi, Woods, 1994; 1995; и др.) исследователей и широко использовались в течение многих десятилетий для определения содержания азота в кристаллах la, lb, Ic и смешанных типов. Однако позднее в методику расчета содержания азота в алмазах IaA-, IaB- и IaAB- типов были внесены коррективы (Boyd, Kiflawi, Woods, 1994; 1995), была предложена и получила распространение альтернативная методика (Mendelssohn, Milledge, 1995). Для согласования данных, полученных разными методами была предложена методика (Хачатрян 2003). Во всех этих методиках принимается, что большая часть атомов азота в природных кристаллах алмаза находится в форме А- и В(В1)-дефектов, а доля атомов азота, связанная с С-

и Р(В2)-дефектами не учитывается в связи с разногласиями относительно значений коэффициентов поглощения для С-дефекта и природы пленарных дефектов.

В настоящей работе разработана и использована процедура расчетов, позволяющую оценить относительное содержание С- и В2(Р)- дефектов без расчетов содержания в них атомов азота на основе компьютерной обработки ИК-спектров с разложением на составляющие полосы. В диссертации подробно изложена разработанная процедура такой обработки спектров ИК поглощения с использованием стандартных компьютерных программ Origin 7.0, OMNIC и Microsoft Excel. Она включает: 1) ввод ИК спектроскопических данных волновых чисел (см"1 с шагом 2 см'1) и соответствующих значений оптической плотности D (в отн. ед.); 2) построение спектра и процедуру выявления полос поглощения по минимуму на второй производной спектральной кривой; 3) нормировку спектра по оптической плотности, относительно оптической площади решеточного поглощения алмаза на волновом числе 2165 см1 (//2165 = 12.8 см'1); 4) проведение базовой линии по трем точкам с минимальным значением оптической плотности и построение уточненного спектра; в случае необходимости, со сглаживанием; 5) разложение спектра на составные компоненты и 6) последующие расчеты площади выделенных полос поглощения и их нормировку относительно интегральной площади полос решеточного поглощения.

Установленная эмпирически зависимость коэффициента нормировки интегральной площади полос поглощения, связанных с азотными дефектами от содержания суммарного азота (рис.15) позволяет использовать ее для экспрессного расчета суммарного содержания азота(Хачатрян, 2003) графически или по установленной аналитической функции

Ns = 911.11* Ks (at.ppm) с очень высоким коэффициентом корреляции R2=0.9925

Эта функция явилась основой для дальнейших расчетов содержания азота в дефектах по разработанному алгоритму в следующей последовательности в четыре этапа:

1Определение по второй производной позиции максимумов полос поглощения в ИК-спектрах и их разложение на составляющие полосы;

2) расчет индивидуальной площади для каждой полосы SA, S si, Se и Sb2 и интегральной площади всех этих полос SN;

3) их нормировка относительно интегральной площади полос собственного (решеточного) поглощения S„ с расчетом коэффициентов нормировки:

а)интегральной площади Ks ~Sf/So> а также индивидуальных полос Ки - Sa /S„ Ksbi = Sai/Se и К,с ~ Se/S„ ;

б) расчет с использованием упомянутой выше функции Ns =911.11*Ks сначала суммарного содержания азота Ns (at. ррт), и коэффициентов нормировки Ks , а затем, по аналогии, индивидуальных полос К^ = SVSo, Ksbi ' Sbi/S0 и К,с = Sc/S0; за счет сокращения статистической погрешности и ошибок, связанных с измерением пиковой интенсивности перекрывающихся полос поглощения, точность расчетов увеличивается;

4)расчет содержания азота в A-, В1 -дефектах в последовательности:

а) нормировка коэффициентов поглощения/i«« и головных полос каждого дефекта от соответствующих коэффициентов нормировки К^а и Ksbi с расчетом нормированных коэффициентов поглощенияр'тг =/л (KiA),^M'ins~f bî (Ksbi);

б) расчет концентрации азота в дефектах в А- и В-дефектах по эмпирическим уравнениям в at ррт:

Na = 16.05*(i'm2

NSI = 21.55*р',т

1.5 Ks 2.0

Рис.15. Корреляция между коэффициентом нормирования 1(5 и суммарным содержанием азота N5 в кристаллах алмаза

— I.

— п- -А,

—ш-

в) относительное содержание С- и В2-дефектов оценивается по коэффициентам нормирования К,с и К,в1 соответственно.

Установленные функциональные зависимости можно использовать в качестве аналитических функции для определения содержания азота в соответствующих дефектах.

Разработанная процедура обработки ИК-спектров и расчетов является развитием ИК-спектроскопического метода определения содержания, формы и степени агрегации азота в кристаллах алмаза. Использование компьютерных программ обработки и разложения ИК-спектров на составляющие полосы упрощает и, вместе с тем, увеличивает точность расчетов.

Результаты ИК спектроскопических исследований. Полученные для всех кристаллов алмаза спектры ИК поглощения и результаты расчетов приведены в работе в табличной форме в приложении. По своей конфигурации они подразделяются на три группы, которые отличаются соотношением суммарной оптической плотности между полосами поглощения, связанных с дефектами Ива, полосами собственного поглощения О$0 и, соответственно, содержанием азотных дефектов I- <Дзд /- .£)&, III- Ду0> Дм (рис. 16).

Представление о количественном соотношении этих групп дает частотная гистограмма распределения октаэдрических кристаллов из всех изученных четырех трубках по величине коэффициентов нормирования интегральных площадей полос ИК поглощения дефектов относительно интегральных площадей полос ИК поглощения дефектов (Рис. 17.). На гистограмме обнаруживается преобладающее бимодальное распределение ^ с максимумами в области низких (до 0.3) и умеренных (около 0.9) значений и подчиненное для области высоких и очень высоких значений.

500 10001500200025003000 35004000 -1 сш

РисЛб.Типовые спектры ИК поглощения октаэдрических

кристаллов алмаза с различным соотношением полос, связанных с дефектами (500-1700см"' ) и собственным поглощением (1800-4000см1).

40,

о.с о.г о.е о.» и 1,5 К

•

Рис.17. Гистограмма распределения кристаллов из трубок Юбилейная, Удачная, Комсомольская и Мир по коэффициенту нормирования

интегральной площади полос поглощения К5 •

Глава 3. Обсуждение результатов исследований

В этой главе обсуждаются результаты проведенных исследований в замках поставленных задача

3.1. Природа морфологических особенностей рельефных октаэдрических кристаллов алмаза

Совокупность результатов проведенных визуально-гониометрических, электронно-микроскопических и спектроскопических исследований служит основой для предметного обсуждения дискутируемого в литературе вопроса о природе их огранки, являются ли особенности рельефа октаэдрических кристаллов алмаза формами роста или результатом эндогенного растворения. В отношении ростовой природы острореберных плоскогранных октаэдрических кристаллов и морфологической О-Т серии рельефных кристаллов с тригональными формами ступенчато-слоистого рельефа с параллельной штриховкой вдоль ребер у всех исследователей нет никаких сомнений. Идеальные формы острореберных плоскогранных октаэдрических кристаллов алмаза отвечают равновесным стабильным условиям медленной кристаллизации, в отличие от рельефных ступенчато слоистых рельефных форм роста Разногласия касаются происхождения дитригональных слоисто-ступенчатых форм рельефа октаэдрических кристаллов. Представленные в настоящей работе

данные полностью описываются моделью прерывисто-ускоренного послойного роста октаэдрических граней. В результате последовательного вырождения октаэдрических граней с тригональными контурами октаэдрические кристаллы О-Т серии приобретают псевдоромбоэдрические выпуклые формы с комбинационной параллельной штриховкой, превращаясь в додекаэдроиды. Точно также кристаллы O-DT серии с дитригональными гранями роста выстраиваются в ряд с выпуклыми псевдогексаоктаэдрическими формами со сноповидной комбинационной штриховкой вдоль ребер, преобразуясь в псевдогекаоктаэдроиды или псевдотетрагексэдроиды. Полное соответствие деталей внешней огранки и зональности, выявляемой на ЦКЛ изображениях поперечных срезов кристаллов алмаза О-Т и O-DT серий, острореберные ограничения на ступеньках, положительные формы гладких граней и отрицательные форм на полигональных гранях, грубые борозды и тонкая штриховка на псевдогранях на макро- и электронно-микроскопическом уровнях исключают возможность их образования в результате растворения вопреки аргументам в работах.(Орлов 1963,1973).

3.2. Морфологические разновидности и содержание дефектов.

В решении проблемы происхождения рельефных форм октаэдрических кристаллов алмаза важную роль играет вопрос о связи между морфологией и содержанием азота. На микроскопическом уровне установлено (Каминский, Хачатрян, 2002; .Буланова и др.,.2003; Васильев и др, 2007), что во многих октаэдрических кристаллах алмаза центральные части кристаллов, представленные кубическими формами, обычно обогащены примесью азота. В секториально-зональных кристаллах азот локализуется чаще в кубических секторах нормального роста, в ритмично-зональных кристаллах содержание азота меняется скачкообразно, внешние зоны как правило обеднены азотом. В нашей работе установлена функциональная связь между морфологией и содержанием азота в дефектах для октаэдрических кристаллов алмаза О-Т и O-DT серий: среди кристаллов I морфологической группы и большинства кристаллов П группы О-Т серии преобладают индивиды с очень низким, низким и умеренным содержанием азота в отличие от кристаллов III группы O-DT серии с умеренным, высоким и очень высоким средним содержанием азота. Кристаллы О-Т и O-DT серий из различных трубок отличаются видом функциональной зависимости между коэффициентами нормировки площадей полос поглощения каждого основного дефекта и их интегральной площади (Таблица 3).

Таблица 3

Функциональные зависимости между коэффициентам» нормировки площадей полос поглощения

основных азотных дефектов и И1 интегральной площади Ks

О-Т O-DT

Юбилейная Kut~ 0.5S1TK, - 0.0099 R2 = 0.9578 *^ = 0.5937**/'"" R = 0.9751

*,„,=0.2627*^+0.0011 R2 = 0.9447 K,m = 0.2556**/'"" R2 = 0.8739

Х,с = 0.0955**, + 0.0009 R2 = 0.8731 *,c = 0.0789**/'"" R2 - 0.9174

Удачная А1<= 0.5 761 **, + 0.0022 R2 = 0.9942 K14 = 0.5937**/'""'" R2 = 0.9607

*,м=0.2696**,+0.0016 R2 = 0.9734 K,bi = 0.2556**/'2"* R2 = 0.9177

*,с = 0.1036**,-0.00б5 R2 = 0.9657 *,c = 0.079**,''"" R2 = 0.9097

Комсомольская ^=0.4801 *К, + 0.0043 R2 = 0.9883 = 0.5035**/""' R1 = 0.9807

К,ei=0.3322»*, -0.0072 R2 = 0.9839 K.B, = 0.3212**/'"" R2 = 0.9427

^ = 0.1012*^,-0.0022 R2 = 0.9711 = 0.0782**/'"" R2 = 0.9847

Мир Kix - 0.5909**,''"" R2 = 0.9691 *^ = 0.633**/'°JiJ RJ = 0.9486

К,8, = 0.263**/'"" R2 = 0.9401 KM = 0.2288**,"'"" R2 = 0.8765

К,с = 0.096**,°'"" R2 = 0.9281 *,с = 0.0765**/'"72 R2 = 0.8698

3.3. Распределение морфологических разновидностей алмаза с различным содержанием дефектов в кимберлитовых трубках.

По коэффициентам нормирования площади полос ИК установлены закономерности распределения в изученных кимберлитовых трубках октаэдрических кристаллов О-Т и О-БТ серий с различным содержанием азота. По величине среди октаэдрических кристаллов в них могут быть выделены три группы (популяции по (Хачатрян,2003)), отличающиеся содержанием суммарного азота

Бимодальное распределение кристаллов на гистограмме соответствует приблизительно равному соотношению преобладающих групп с относительно низкими (максимум около 0,3) и высокими (максимум около 0,8-1,0) значениями; им заметно количественно подчинены кристаллы с очень высоким значением 1,2- 2,0). (Рис.18).

Юбилейная Ц. Удачная

ЛЬ

но ог о* о:

к.

р р

1.» \1 1.4

1° и

«,1 V 1.6 2,0

Удачная

0,0 Ш 0,4 0,6 0,1 1,0 и 1,4 1.6

К.

Мир

«24-»

0,0 0,2 0,4 0,В 0,81,01,21,41,В

к*

1!1

Мир

юс км

0 4ОТ »0 1200

Рис.18. Гистограмма по коэффициенту нормирования К$ и соответствующее содержание азота N из трубок Юбилейная, Удачная, Комсомольская и Мир

В трубке Юбилейной преобладают кристаллы с низким (до 0,3) значением при подчиненном количестве кристаллов с высокими (0,3 - 1,0) и очень высокими (1,2-1,4) значениями. Трубка Удачная в основном представлена почти в равной мере кристаллами с очень низкими и высокими (до 1,0) значениями К^кв значительно меньшей мере - с высокими (до1,0) и очень высокими (1,0-1,3 и 1,7-2,0) значениями К& Трубка Комсомольская по низким (до 0,3), высоким (0,3-1,0) и очень высоким значениям Кя близка к трубке Удачная. Трубка Мир отличается от всех остальных трубок преобладанием кристаллов с промежуточными и высокими значениями (0,4-1,2) при небольшой доли кристаллов с низкими (до 0,4) и очень высокими (1,2 - 1,6) значениями

Значительно более контрастное распределение кристаллов алмаза в трубках обнаруживается по значениям коэффициентов нормировки площадей полос поглощения Кы = Яа/Квв! = Яв/ЯоИКяс -<5с/<Я> связанных с А-, В1(В)- и С-дефектами, соответственно. В распределении кристаллов из трубок Юбилейная и Удачная характерно резкое преобладание индивидов с очень низким (до 0,2) и низким (до 0,4) значениями К^а при резком подчинении кристаллов с промежуточными и высокими (до 1,0) значениями. В трубке Комсомольской при преобладании кристаллов с низкими значениями К$л доля кристаллов с высоким содержанием (до 1.0) существенно выше. Трубка Мир отличается от всех трубок очень малой долей кристаллов с низким (до 0,4) и резким преобладанием с промежуточным и высокими (0,4-0,8) значениями Ди (рис.19).

16i

нП

Юбилейная

0,2 0.4 0.t 0.1

К„

| ^ ¡^

Удачная

■

0.0 02 0.4 0,t 0.« 1.0 и

К.

14 12 10

Удачная

0,0 0,1 ол о.з о,4 o.s о,е о.; од Комсомольская

Мир

0.0 0.1 0.4 0,6 0.6 10

К.

гЬ-

Z№ 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000

N. N.

0 200 400 600 800 10001200

О 200 400 600 600 1Ю01200

Рис.19. Гистограмма по коэффициенту нормирования К^ и соответствующее содержание азота в Л-дефектах Na из трубок Юбилейная, Удачная, Комсомольская и Мир

Обнаруживается сходное распределение кристаллов алмаза по значениям ЛГ,да в трубках Юбилейная, Удачная и Комсомольская с преобладанием очень низких (до 0,2) значений и меньшей долей низких (до 0,4) значений в отличие от трубки Мир, где низкая доля кристаллов с очень низким (до 0,2) значением.(рис.20)

Удачная

jjl^ Юбилейная

"I 1 12Í >

ufal 0>

0,0 0.1 0.2 О3 0.4 0,9 0,6

К»,

,„ГЛ Нщ

Мир

0.0 03 0.4 „ 0,6 С.»

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.S Кын

Удачная

J 300 400 600 600 700

N..

с ... :жли

Ó 1002Ó03Ó04Ó0500600700800

юГ^, с

6lfll

<1 > 2 Í-■'.i.

Комсомольская

"в,

Ч,

О 100 200 300 400 500

Рис.20. Гистограмма по коэффициенту нормирования Кш » соответствующее содержание азота в В1-дефектах Nbi из трубок Юбилейная, Удачная, Комсомольская и Мир

В трубке Юбилейной равномерное распределение кристаллов со значениями со значением до 0,3, 0,3-0,7 и 0,7 -1,0.. В остальных трубках значения Ksc не превышают 0,2 (Рис.21).

1¡,

Удачная

ш Ш

4 Í-Ч

0.00 0.02 0.04 0.06 0.16 0.10

К*

0.1« 0.05 МО 0.19 0^0

Мир

0.00 0.05 0.10 0.15 020 025 О,» li-

li 0.1 02 и 1,4 0,5

Рис.21. Гистограмма по коэффициенту нормирования Л'5с из трубок Юбилейная, Удачная, Комсомольская и Мир

Для расчетов содержания азота в разных формах по величине Кб согласно функции типа для каждого дефекта использовались приведенные выше функциональные зависимости К;А

~Ks Ksbi -Ks и Ksc ~Ks отдельно для кристаллов O-T и O-DT серий из всех изученных трубок (см. таблицуЗ). Полученные результаты расчетов позволяют исследовать функциональные связи между содержанием азота в различных формах, содержания азота в каждом дефекте от суммарного содержания азота, а затем оценить степень агрегации азота в каждой форме по отношению доли азота в агрегированной форме относительно суммарного содержания азота.

3.4. Градиенты равновесной температуры и условия образования плоскогранных и рельефных октаэдрических кристаллов

Наиболее показательна изменчивость степени агрегации азота в В1 форме, рассчитанная относительно суммарного содержания азота в А- и В1-форме, что позволяет сравнивать полученные данные с представлениями аналогичных расчетов в виде предложенной Тейлором (Taylor et. AI., 1991) диаграммы Ns ~ B1/(Na+Nbi) % с изотермами равновесной температуры, расчитанными при условии стабильности температурного режима в мантийных условиях в течение 2 млрд лет (рис.22).

Для кристаллов О-Т и O-DT серий из различных трубок определены различные по величине градиенты и по направлению векторы изменения содержания азота и степени его агрегации. Позиции трендов на диаграммах достаточно индивидуальны. Тренды кристаллов О-Т и O-DT в каждой трубке почти параллельны, иногда совпадают, чаще разобщены в разной степени в соответствии с различной степенью агрегации азота. В большинстве трубок кристаллы O-DT серии содержат меньше азота в агрегированной форме, чем кристаллы О-Т серии. Вариации

содержания в кристаллах в основном находятся в пределах от 50 до 800 at.ppm, что соответствует интервалу равновесной температуры от 1160 до 1100°С. В целом эти оценки данные соответствуют усредненным данным аналогичных расчетов для алмаза из трубок Далдын-Алактиского района АЯП, приведенным в работах (Хачатрян, 2003; Chachatryan, Kaminsky, 2003). За эти пределы выходят только в высокотемпературных частях О-Т тренда кристаллов трубки Юбилейная, достигая почти 1200°С и O-DT тренда трубки Мир (до 1175°С), представленного отдельньми кристаллами. Этим градиентам равновесной температуры соответствует рассчитанная (при условии, что геотермический градиент около 6°С/км, а латеральными градиентами температуры можно пренебречь), глубина залегания алмазоносного очага в пределах от 180 - 200 км. Относительно небольшой градиент равновесной температуры - всего около 160°С соответствует интервалу глубин, в котором происходило образование алмаза около 20 км.

Тренды равновесной температуры для кристаллов ОТ и O-DT серий весьма индивидуальны по всем параметрам (рис. 23): по градиентам равновесной температуры, по степени агрегации азота в В1(В)-форме и по содержанию В2(Р)-дефектов (рис.23) и их зависимости от общего содержания азота и, наконец, визуально по кривизне. Тренды всех трубок кроме трубки Мир, отличающегося линейностью, характеризуются некоторой кривизной, отражающей непростую зависимость степень агрегации азота в форме В 1(B)-дефекта от общего содержания азота и от температуры.

= 100*nb/(na+ne) Рис.22. Градиенты равновесной температуры образования кристаллов алмаза О-Т и O-DT серий из трубок Мир, Удачная, Юбилейная, Комсомольская на диаграмме Тейлора (Taylor et. а!.. 1991)

нанесением данных из трубок Юбилейная, Удачная, Комсомольская, и Мир. Красным показаны алмазы с О-Т габитусом, синим с О-DT. Кружками показаны данные после усреднения, диаметр кружка характеризует концентрацию В2(Р).

Для части кристаллов О-Т и О-DT серий из трубок Удачная и Комсомольская и части кристаллов О-Т серии из трубки Юбилейная характерны пологие ветви трендов вдоль изотермы около 1155°С. В пределах этой высокотемпературной части тренда кристаллы алмаза выстраиваются по степени агрегации азота в В1(В)-форме независимо от принадлежности к О-Т или О-DT серии и от содержания суммарного азота. Это предполагает существование на глубине около 190 км стабильных условий образования алмаза с относительно низким содержанием азота. Значительный разброс значений степени агрегации азота в В1(В)-форме и содержания планарных В2(Р)-дефектов обусловлен вероятно кинетическими факторами. Крутой изгиб каждого тренда равновесной температуры кристаллов в направлении резкого снижения равновесной температуры сопровождается уменьшением степени агрегации азота в В1(В)-дефекта и соответствующим ростом содержания образующихся за их счет планарных В2(Р)-дефектов.

Большинство кристаллов алмаза О-DT серии из трубки Мир отличаются сравнительно небольшим градиентом равновесной температуры в низкотемпературном интервале (1080-1125°С) и линейным трендом пропорционального увеличения степени агрегации азота в В 1(B) форме (20-30%В1) и содержания планарных В2(Р)-дефектов в зависимости от общего содержания азота и уменьшения от температуры.

Тренды трубки Юбилейной явно отличаются отсутствием изотермической ветви. Кристаллы О-Т серии образуют тренд с самым значительньм по величине градиентом равновесной температуры (1110-1180°С) и большей степенью агрегации азота (50%В1) по сравнению с О-DT серией, уменьшающейся с понижением температуры. Кристаллы 0-DT серии отличаются от кристаллов О-Т серии меньшими значениями градиента равновесной

температуры (1080-1150°С), степень агрегации азота (около 35%В1) почти не меняется. В низкотемпературной области тренды по степени агрегации азота в В-формах сближаются.

Более значительная, но различная для кристаллов алмаза О-Т и О-БТ серии в каждой трубке величина градиента равновесной температуры определяется конкретным интервалам глубин образования алмаза, которые характеризуются менее стабильными условиями в неоднородном по составу мантийном субстрате, являющегося источником алмаза каждой кимберлитовой трубке.

Полученные данные позволяют предполагать связь большинства октаэдрических кристаллов О-Т серии с относительно низким содержанием азота и высокой равновесной температурой образования с перидотитовым субстратом, а кристаллов О-БТ серии - с эклогитовым. Эти выводы согласуются с известными данными о минеральных включениях и изотопном составе аналогичных кристаллов алмаза. Однако уверенное решение этого вопроса требует проведение дополнительных исследований на более широком круге объектов с изотопным анализом и специальным изучением минеральных включений.

Таким образом, принадлежность октаэдрических кристаллов алмаза О-Т и О-ОТ серии к определенному тренду равновесной температуры является обобщенным типоморфным признаком, может служить одним из критериев их генетической идентификации и использоваться при паспортизации алмазоносных трубок и в качестве поискового признака при проведении геолого-разведочных работ. Выводы

Впервые проведено комплексное сравнительное морфологическое и спектроскопическое изучение кристаллов алмаза, представленных фракцией -2+1 общей массой 500 карат алмазного сырья из 4-х основных промышленных месторождений ЯАП (трубки Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская). Полученные новые экспериментальные данные явились основой новых методических разработок и решения актуальных методических, генетических и прикладных проблем типоморфизма алмаза.

1. Разработана морфологическая систематика серий остро реберных рельефных кристаллов алмаза октаэдрического облика с характерными тригональными или дитригональными формами ступенчато-слоистого тангенциального роста.

2. Установлены электронно-микроскопические и люминесцентные критерии ростовой природы ступенчато-слоистого строения октаэдрических граней кристаллов как О-Т, так и О-БТ серии.

3. Впервые для морфогенетических серий рельефных кристаллов октаэдрического облика установлена связь морфологических особенностей с содержанием азотных дефектов.

4. Разработан алгоритм компьютерной обработки ИК спектров с разложением на составляющие полосы поглощения и расчетом концентрации азота во всех основных структурных дефектах кристаллов алмаза октаэдрического облика.

5. Показана возможность сравнительной экспрессной оценки соотношения содержания основных структурных дефектов по коэффициентам нормировки соответствующих полос поглощения в ИК-спектрах.

6. Рассмотрены условия образования тригональных и дитригональных серий рельефных кристаллов октаэдрического габитуса. Установлена генетическая связь морфологии, содержания азота в дефектах кристаллов октаэдрического габитуса и температуры их образования. Определены температурные градиенты образования кристаллов алмаза морфогенетических групп из трубок Мир, Удачная, Юбилейная., Комсомольская.

7. Комплекс разработанных методов морфологических и спектроскопических исследований, опыт и результаты изучения октаэдрических кристаллов алмаза могут быть использованы при паспортизации кимберлитовых трубок и в практике локального прогноза при проведении поисково-разведочных работ. Материалы диссертации используются в спецкурсе «Физика и геммология алмаза», переданы в банк данных и для экспозиции «Люминесценция минералов» в Музее землеведения МГУ имени М.ВЛомоносова.

Публикации.

Статьи

1. Линь Фан, О.В Кононов, А.С.Марфунин, А.Б.Тарасевич, Б.Н..Тарасевич Развитие методики ИК-спектроскопического определения концентрации и степени агрегации азота в кристаллах алмаза // Вестник МГУ секция Геологи №4 2008 г, С.63-65

2. Lin Fang, O.V. Kononov Методика расчета концентрации азота по ИК-спектрам // The Journal of The Gemmological Association of Hong Kong Volume XXVIII 2007, P.64-65

Тезисы:

1. Линь Фан ИК-спектроскопические критерии условий природного термического отжига кристаллов алмаза // Международная конференция "Ломоносов-2006" 12 апреля 2006 г. Том. II, секция «Гелогия», С.82-83

2. Линь Фан, А.Б.Тарасевич Методика расчета суммарной концентрации азота и основных азотных дефектов в микрокристаллах алмаза по ИК спектрам // Международная конференция "Ломоносов-2006" 11-14 апреля 2007 г. Том.П, С.78

3. Lin Fang, O.V. Kononov , A.B. Tarasevich The method of Calculating the sum of concentration of nitrogen and basic nitric defects in the microcrystals of a diamond according to the IT spectra H Gemmological International Conférence July, 2007 Moscow, Russia, P.64-65

4. Линь Фан, А.В.Кононов Методика расчета суммарной концентрации азота и основных азотных дефектов в микрокристаллах алмаза по ИК спектрам // Годичное собрание Российского минералогического общества, Минералогические исследования и минерально-сырьевые ресурсы России, 8-10 октября 2007 г. С.58-60

5. Линь Фан Идентификация С-дефектов и оценка их относительного содержания в октаэдрических кристаллах алмаза IaAB типа // Международная конференция "Ломоносов-2008" JLQ апреля 2008 г. Секция «Гелогия», подсекция «Минералогия», С. 7

6. Линь Фан Особенности микроморфологии и основные дефекты октаэдрических кристаллов алмаза из трубки Юбилейная, Якутии II Конференция «Молодые-наука о земле», 2008 г, ИГГРУ, С. 207

7. П.В.Иванников, Линь Фан, О.В.Кононов, А.Б.Тарасевич, Б.Н.Тарасевич Микроморфологические индикаторы термодиффузионного упорядочения вакансионно-азотных дефектов в кристаллах алмаза на основе ЦКЛ в РЭМ и ИК-Фурье спектроскопии // Международная конференция по электронной микро-спектроскопии, Июнь 2008 г. Черноголовка, С.75

Отпечатано в отделе оперативной печати Геологического ф-та МГУ Тираж |00 экз. Заказ № 4,3

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Линь Фан

Глава ЗЗ.Распределение морфологических разновидностей с различным содержанием дефектов в кимберлитовых трубках.

Глава 3.4.Градиенты равновесной температуры и условия образования октаэдрических кристаллов.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции"

Актуальность

Типоморфные особенности морфологии кристаллов алмаза, его спектроскопических и других физических свойств, наряду с данными изотопного анализа и изучения химического состава минеральных включений традиционно используются в качестве критериев типизации месторождений, при проведении прогнозных исследований и в практике геологоразведочных работ (К.П.Аргунов, В.П.Афанасьев, З.В.Бартошинский, В.В.Бескрованов, Ю.М.Биленко, Г.К.Блинова, Н.А.Бобков, И.Н.Богуш, Г.П.Буланова, В.И.Ваганов, А.В.Варшавский, В.Г.Васильев, Э.М.Галимов, В.К.Гаранин, Ю.С.Геншафт, М.А.Гневушев, Ю.А.Дуденков, Н.Н.Зинчук, Ф.В.Каминский, В.Н.Квасница, КХА.Клюев, В.И.Коптиль, А.А.Кухаренко, Ю.Л.Орлов, Ю.Н.Пальянов, М.И.Самойлович, Е.В.Соболев, Н.В.Соболев, Ю.П.Солодова, З.В.Специус, С.В.Титков, ПСХачатрян, О.Е.Шестакова и многие другие). Основные результаты этих исследований обобщены в монографиях (Орлов,1963, 1973; Бокий и др., 1976; Природные., 1999; Г.П.Буланова, 1993; Квасница и др., 1999; Бескрованов, 2000; Зинчук, Коптиль,2003 и др.).

На основе детального изучением анатомии кристаллов алмаза установлены общие закономерности морфологической эволюции кристаллов алмаза, обусловленные дискретно-прерывистым характером многоэтапного роста и взаимосвязи морфологии с содержанием основных азотных дефектов и степенью агрегации азота (Бескрованов, 2000; Капшку, С11азсЬа1гуап,2003; Ви1апоуа е^ а1., 2003, Васильев,2007, Гаранин и др„ 2007, С.В.Титков и др., 2004 и др.). Экспериментально установлена взаимозависимость основных габитусных типов кристаллов алмаза и спектроскопических свойств с температурой и давлением синтеза и облагораживания (Самойлович и др, 1976; Вине и др., 2003 и др.). Морфологические особенности кристаллов алмаза экспериментально изучены при моделировании условий роста и растворения алмаза, имитирующих природные расплавы (Пальянов и др., 1985; Литвин и др. 2004; Хохряков, 2004; Сонин, 2005 и др.). При проведении массовых исследований кристаллов алмаза ЯАП особенно эффективным оказался метод ИК-спектроскопии, на основе которого были установлены основные закономерности распределения в отдельных алмазоносных трубках, полях, районах кристаллов алмаза с различным содержанием азотных дефектов и водорода, позволяющих оценивать равновесную температуру и их образования (КХМ.Биленко, Г.КБлинова, И.Н.Богуш, ГЛ.Буланова, Ф.В.Каминский, Ю.А.Клюев, Е.В.Соболев, Г.К.Хачатрян, .Шашв, З.ВоусЗ, G.Devies, Т.Еуапэ, 1.Клйа\у1, А.Мат\\чэос1, М.МепсЫззоЪп,

H.Milledge, G.Woods и др.)

Однако, несмотря на уже достигнутые достижения в области типоморфизма алмаза, остаются нерешенными некоторые теоретические и методические проблемы генетической интерпретации морфологических и ИК-спекгроскопических данных. Для наиболее распространенных в кимберлитовых трубках октаэдрических кристаллов алмаза недостаточно изучена взаимосвязь особенностей внешней и внутренней морфологии с содержанием основных азотных дефектов, не определены критерии их формационной принадлежности и условий образования. Необходимость количественной оценки этих связей предполагает повышение точности расчетов при обработке спектроскопических данных. Остается дискуссионным вопрос о природе морфологических особенностей октаэдрических кристаллов алмаза с дитригональными формами октаэдрических граней, переходных к округлым формам. Цели работы.

Задачи работы.

Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи по изучению морфологических особенностей и спектроскопических свойств октаэдрических кристаллов алмаза из четырех трубок ЛЯП (Мир, Удачная, Юбилейная, Комсомольская):

I. визуально-микроскопическое описание, гониометрическое и электронно-микроскопическое изучение морфологических особенностей октаэдрических кристаллов алмаза;

3. ИК спектроскопическое изучение морфологических групп кристаллов алмаза и разработка приемов компьютерной обработки ИК-спекгров;

5. оценка температурных условий образования октаэдрических кристаллов алмаза.

Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора.

В основу работы положены мелкие кристаллы алмаза размерно-весового класса -2+1, отобранные из коллекции общей массой 500 карат, представляющей срез добычи в сентябре 2002 года на месторождениях Мир, "Удачная, Юбилейная и Комсомольская (ЯАП). Автором просмотрена под бинокулярным микроскопом вся коллекция, из которой была предварительно отобрана партия общей массой 330 карат, состоящая из 757 кристаллов октаэдрического облика с плоскими гранями и рельефными формами, из которой затем было выбрано около 290 кристаллов, наиболее пригодных для ИК-спекгроскопических исследований. Из 65 предварительно изученных кристаллов были сделаны распилы для исследований внутренней морфологии. Самостоятельно проведено визуально-микроскопическое морфологическое описание около 320 кристаллов. Для всех кристаллов цифровой камерой Nicon 4500 под бинокулярным микроскопом сделано свыше 300 микрофотографий.

ИК спектроскопическое изучение алмаза было выполнено на кафедре органической химии Химического факультета МГУ под руководством к.х.н. Б.Н.Тарасевича на спектрофотометре «Thermo Nicolet» для 191 кристаллов, обработка спектроскопических данных проведена автором по самостоятельно разработанному алгоритму в сотрудничестве к.х.н. кхн Б.Н.Тарасевичем, с асп.Р.С.Серовым и с консультациями д.г-м.н. ДГ.Кощуга, к.ф.н. В.Г.Винса, к.г-м.н.С.В.Вяткина.

Достоверность результатов исследований подтверждается представительностью образцов, объемом аналитического материала и использованием различных инструментальных методов исследований. При обработке результатов исследований, построении диаграмм, гистограмм и рисунков автором были использованы стандартные компьютерные программы. Защищаемые положения.

1. Предложена новая систематика морфологии кристаллов алмаза октаэдрического облика I разновидности (по Ю.ЛОрлову) с подразделением на группу плоскогранных октаэдров и две группы кристаллов, образующих морфологическую О-Т серию кристаллов с тригональными и морфологическую СМУТ серию кристаллов с дитригональными ступенчато-слоистыми формами окгаэдрических граней. В каждой серии выделены морфологические ряды кристаллов промежуточных форм переходных к округлым додекаэдроидам и окгаэдроидам, соответственно. Ростовая природа окгаэдрических граней кристаллов как О-Т, так и О-ОТ серий подтверждается результатами гониометрических, электронно-микроскопических и спектроскопических исследований.

2. Предложен алгоритм компьютерной обработки спектров ИК поглощения кристаллов алмаза с разложением на составляющие полосы и усовершенствованы приемы статистической обработки данных с упрощенной и экспрессной процедурой определения суммарного содержания азота и содержания всех основных азотных дефектов.

3. Впервые для кристаллов алмаза О-Т и О-ЭТ серий из трубок Мир, Удачная, Юбилейная и Комсомольская определены градиенты равновесной температуры от 1100 до 1200°С и вероятной глубины образования в пределах 190-200 км. Для разных трубок установлены индивидуальные по величине и направлению тренды изменчивости равновесной температуры и степени агрегации азота.

Благодарности.

Автор выражает благодарность всем упомянутым лицам за помощь в проведении исследований, сотрудничество и плодотворные дискуссии, д.г.-м.н.

B.К.Гаранину, Д.Г.Кощугу, Н.И.Леонюку, А.А.Ульянову за ценные советы и поддержку, также за помощь при подготовке части материала к исследованиям А.Н.Ноздрякову, за добрые советы и помощь при обсуждении, редактировании и оформлении диссертационной работы и подготовке ее к защите д.г-м.н. И.А.Киселевой, к.г-м.н.

C.К.Ряховской, к.г-м.н. М.Ф.Вигасиной и другим сотрудникам кафедры минералогии, к.х.н. Б.Н.Тарасевичу и к.ф-м.н. П.В.Иванникову и своим товарищам, заведующему кафедрой чл.-корр. РАН профессору А.С.Марфунину за внимание и поддержку, к.г.-м.н. О.В Кононову за общее руководство, постановку цели и задач работы, предоставление материалов, всестороннюю помощь на всех стадиях исследований.

Заключение Диссертация по теме "Минералогия, кристаллография", Линь Фан

Выводы

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Линь Фан, Москва

1. Аргунов К. П., Бартошинский 3. В., Пидзырайло Н. С. О связи морфологии кристаллов алмаза с фотолюминесценцией и температурами ее тушения //Минералогический сборник. 1976. № 30. С.37-39.

2. Аргунов К. П., Никифорова Т. М., Прищева В.И. Характер фотолюминесценции, интенсивность рентгенолюминесценции и морфология дефектных алмазов, извлеченных химическим методом. //Минералогический сборник Львовского университета. 1983. № 3. С. 87-88.

3. Афанасьев В.П., Харькив Ксенолиты алмазоносных эюгогитов из кимберлитов Якутию/Яеохимия и рудообразование.-1980.-Вып. 8.-С.87-98.

4. Бартошинский З.В., Квасница В.Н. Кристалломорфология алмаза из кимберлитов.- // Киев. «Наукова думка». - 1991. - 172 с.

5. Биленко Ю.М. Содержание азота в алмазах якутских месторождений. // Геология и геофизика. 1979. - № 7. — С. 132-135.

6. Белл Р. Дж. Введение в Фурье — спектроскопию. «Мир». Москва. 1991.

7. Бескрованов В. В. Онтогения алмаза. // Новосибирск. — «НАУКА». 2000. -264с.

8. Блинова Г. К., Боткунов А. И., Каминский Ф. В., Кощуг Д. Г., Фролова Л. Н. Особенности распределения азотных центров в алмазах из парных кимберлитовых трубок Якутии. //Геология и геофизика. 1985. № 3. С. 116-119.

9. Блинова Г. К., Гуркина Г. А., Симаков С. К. Некоторые особенности химизма среды кристаллизации природных алмазов. //Доклады академии наук СССР. 1988. Т. 300. № 4. С. 950-952.

10. П.Блинова Г. К. Распределение структурных примесей в алмазах различного генезиса. //Доклады академии наук СССР. 1989. Т. 304. № 1. С. 184-186.

11. Блинова Г. 1С, Илупин И. П., Гуркина Г. А., Фролова Л. Н. Примесные центры в алмазах двух районов сибирской кимберлитовой провинции. //Геология и геофизика. 1991 № 8. С. 95-98.

12. Богуш И.Н., Васильев, Помазанский Б.С.0 дискретности и изменении условий алмазообразования // Новое по технологии исследований вещественного состава пород и руц. 2003 С.602-605.

13. Буланова Г.Р., Барашков Ю.П., Тальникова С.Б., Смелова Г.Б. // Природный алмаз — генетические аспекты. — Новосибирск. — Наука. —1993. — 176 с.

14. Ваганов В.И. Алмазные месторождения России и мира. // М. -Геоинформатка.-2002.-370 с

15. Варшавский А. В., Буланова Г. П. Микрокристаллы природного алмаза. //Доклады Академии наук СССР. 1974. Т.217. - №5. - С. 1069-1072.

16. Геология и генезис алмазных месторождений. Ред. Б. М. Зубарева. Кн.2. М. 1989. 424 С. (Мингео СССР. ЦНИГРИ).

17. Геншафт И.С.„ Якубова С.А., Волкова Л. // Внутренняя морфология природных алмазов/ //,Исследование глубинных минералов, М. Ин-тут Физики Земли АН СССР, 1977. Т.236. №6. С. 1350-1353.,

18. Геншафт, О природном генезисе алмазов //Алмазы, 1971№6, С.1-5.

19. Геншафт, Семенова —Тян-Шанская 1971

20. Гневушев, Гомон Г.О., Футенгельнер С.М. О связи люминесценции алмазов с некотрыми другими свойствами.

21. Гомон Г.О. Алмазы, оптические свойства и классификация. М„ Машиностроение. 1966

22. Горбунов Г.Г., Егорова Л.В., Еськов Д.Н., Таганов О.К., Серегин А.Г. Новые применения фурье-спектрометров. //Оптический журнал. 2001.Т.68. N8. С. 81-85.

23. Гуркина Г. А, Бартошински З.В. // Мин сб, 197933,вып.2 с.23-26

24. Зедженизов Рылов П.М., Шатский В.С. Внутреннее строение микроалмазов из кимберлитовой трубки Удачная // Геология и геофизика-1999.-40(1).-С.113-20.

25. Зинчук Н. Н., Коптиль В. И. Особенности алмазов из кимберлитов трубки Нюрбинская (Якутия). //АК «АЛРОСА», Якутское научно-исследовательское геологоразведочное предприятие ЦНИГРИ, г. Мирный, Республика Саха (Якутия). С. 368-376.

26. Зинчук Н.Н., Коптиль В.И. // Типоморфизм алмазов Сибирской платформы. // М. Недра.- 2003.- 603 с.

27. Квасница В. Н., Зинчук Н. Н., Коптиль В. И. Типоморфизм микрокристаллов алмаза. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр». 1999. 224 С.

28. Колебательная спектроскопия. Современные воззрения, тенденции развития (Сборник) "Мир", М., 1981.

29. Клюев Ю. А., Кирова Н. Ф., Непша В. И., Зубков В. М. Структурные азотные примеси в алмазах в связи с термодинамическими условиями роста. //Рост кристаллов (Сборник). 1976. № 1. С.371-374.

30. Клюев Ю.А. Интенсивность полос в ИК-спектре поглощения природных алмазов. // Алмазы. — 1971. № 6.- С. 6-9.

31. Клюев Ю.А., Дуденков Ю.А., Непша В.И. Некоторые особенности условий образования алмазов по формам их роста и распределению примесных оптических центров. // Геохимия. № 7. - С. 1029-1036.

32. Маракушев А.А. Минеральные ассоциации алмаза и проблема образования алмазоносны магм. // Очерки физ. — хим. петрологии. — М. — Наука.- 1985. — С. 5-55.

33. Марфунин А. С., Кононов О. В., Шелементьев Ю. Б. Минералогия, физика, геммология и мировой рынок алмаза: современное состояние. //Вестн. моек, унта. Серия 4. Геология. 1998. № 5. С. 49-60.

34. Мерц Л. Интегральные преобразования в оптике, "Мир", М., 1969.

35. Миронов В.П. Закономерности во внутреннем строении алмазов Малоботубинского кимберлитового поля //Физ.тех. проблемы разработки полезн. Ископ. -1993.-№ 3. -С. 110-118.

36. Миронов В.П.Эволюция формы природного алмаза в процессе роста. // Алмазы 2001.-С.7—100.

37. Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. — М. «Наука». -1973. - 223 с.

38. Плотникова С.П., Клюев Ю.А., Кулаков В.М. Экспрессное определение концентрации азотных примесей в природных алмазах. // Совершенствование процессов алмазной обработки и технология производства инструмента. — М. — 1988.-С. 3-9.

39. Природные алмазы России: Научно-справочное издание. Ред. В. Б. Квасков. М.: ПОЛЯРОН. 1997. 304 С.

40. Природные и синтетические алмазы. — Ред. Г.Б.Бойкий —М. —«Наука». -1986 -221с.

41. Рассулов В.А. Локальная лазерная с учетом кинетики затухания люминесцентная спектроскопия минералов (на примере циркона) / Методические рекомендации № 156. М.: ВИМС. 2005. 16 с.

42. Смит А. Прикладная ИК спектроскопия, "Мир", М., 1982.

43. Соболев Е. В., Ленская С. В., Лисойван В. И. О пластинчатых образованиях в структуре природных алмазов. //Журнал структурной химии. 1968. Т. 9. № 6. С. 1029-1033.

44. Соболев Е.В. Тверже алмаза. // Новосибирск.-«Наука»-.-1984-126 с.

45. 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.

46. Соболев Е. В., Ленская С. В., О проявлении «газовых примесей» в спектрах природных алмазов. // Геология и геофизика. 1965. - № 2.- С. 151-159.

47. Соболев Е.В., Самсоненко Н.Д., Ильин В.Е. и др. О преимущественном состоянии азота в природном алмазе. // Журн. структ. химии . 1969. - 10. - С. 552-553.

48. Соболев Е. В., Лисойван В. И. О природе свойств алмазов промежуточного типа.

49. Докл. АН СССР. 1972. - Т.204, - №1. - С. 88-91Соболев Е. В. Азотные центры и рост кристаллов природного алмаза. // Пробл. петрологии земной коры и верхней мантии.- Новосибирск.-Наука.-Сиб. отд-ние-1978. - С. 245-255.

50. Соболев Е.В. Азот в алмазах. // В кн. «Геология и генезис алмазных месторождений». Ред. Б.М.Зубарев. — М. - 1989.- С. 68-174

51. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. «Коренные месторождения алмазов мира»

52. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Зуев В.М. «История алмаза»

53. Хачатрян Г. К. Усовершенствованная методика оценки концентрации азота в алмазе и ее практическое применение // Геологические аспекты минерально-сырьевой базы АК "Алроса": Современное состояние, перспективы, решения. Мирный, 2003. С. 319-322.

54. Хачатрян Г.К. Типоморфизм алмазов Якутии по данным ИК-спектроскопии. Мирный. 2003. 322. // Геологические аспекты минерально-сырьевой базы Акционерной компании «Алроса»: современное состояние, перспективы, решения. Мирный.- 2003. 319.

55. Якубова С.А., Геншафт Ю.С. Некоторые особенности внутреннего строения природных алмазов //Алмазы .-1973ю-№ 7.-С.2-6.

56. Appleyard С.М., Viljoen K.S. and Dobbe R. A stade of eclogitic diamonds and their inclusions from the Finisch kimberlite pipe, South Africa. Lithos.-77 (l-4).-317-332.

57. 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. - No 6. - P. 1149-1153.

58. Boyd S.R., Kiflawi I., Woods G.S. Infrared absorption by the В nitrogen aggregate in diamond. // Phil. Mag.- B. 1995. -Vol. 72. - No 3. -P. 351-361.

59. Brozel M.R., Evans ., Stephenson R.R Partial conversion of nitrogen aggregates by high temperature/high pressure treatmenfs. // Proc.Roy. Sos. -1978. Vol.A361. -P. 109-127.

60. Burt К. A. H. The electron microscopy of diamonds. // Ph.D.thesis. 1980. -University of Readings. — U.K.

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

62. Davies G. Same properties of nitrogen in diamond. // Diamond Res. — 1972 . Suppl. Industr. Diamond Rev. - 21-29 p.

63. Davies G. The optical properties of diamond. I I In: Chemistry and physics of carbon. Ed. P.L.Walker, P.Thrower. -1977. - Vol. 13. - 1-133 p.

64. Davies G. // In: The Properties of Diamond.- Ed. J.L. Field. -Lnd: Academ. Press. -1979.-P. 159.

65. Frank F. C. Defects in diamond. // In: Science and technology of industrial diamonds. -Ed. J. Burls. - London. -1967.-Vol. 1. - 119-135 p.

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

67. Hirsch P.B., Pirouz P., Barry J.C. et. al. Platelets defects in natural diamond // Phyl/Mag/ A.-195.-Vol.52.-P.605 -621.

68. Goos J.P., Comer B.J. Jones R. et al. Self-interstitial aggregation in diamond // J/Phys. Condens. Mater/2000.-Vol.l2.P. 10 257-10 261.

69. Goos J.P., Comer B.J. Jones R. et al. Extended deftcts in diamond : the interstitial platelet II Phys. Re. B. 2003.- V.67.- pp.art. 165208

70. Kaminski F. V., Khachatryan G. K. Characteristics of nitrogen and other impurities in, as revealed by infrared absorption data. //The Canadian Mineralogist. 2001. Vol. 39. P. 1733-1745.

71. Kaminsky F.V., Khachatryan G.K. // The relationship between The distribution of nitrogen impurity centres in diamond crystals and their internal structure and mechanism of growth. // Litos. 2004. - Vol. 77. -N 1-4. P. 255-271.

72. Kayser W., Bond W.L. Nitrogen, a major impurity in common type I diamond. // Phys. Rev.-1959. Vol. 15. -P. 857-863.

73. Lang A.R. A proposed structure for nitrogen impurity platelets in diamond. // Proc. Phys. Sos. 1964. - Vol. 84. - P. 871 - 876.

74. Mainwood A. Nitrogen and nitrogen-vacancy complexes and their formation in Diamond // Phys. Rev. 1994. B V. Vol. 49, N 12. P. 7934-7940.

75. MendelssohnMJ., Milledge H.J. // Geologically significant information from ruthine analysis on mid-infrared spectra of diamonds // Intern. Geol. Rev. 1995. Vol. 37. P. 95-110.

76. Saparin G.V., Obyden S.K. Colour Display of Video Information in Scanning

77. Electron Microscopy: Principles and Applications of Physics, Geology, Soil Science, Biology, and Medicine. Scanning 10, (87 106) (1988)

78. Taylor, W.R., Canil, D. & Milledge HJ. Kinetics of lb to IaA nitrogen aggregation in diamonds. // Geochixn. Cosmochim. Acta. 1996.-Vol. 60. -P. 4725-4733

79. Taylor W.R., Jaques L.A., Ridd M. Nitrogen-defect aggregation characteristics Australian diamonds: Time-temperature constraints on the source regions of pipe and alluvial diamonds. //Amer. Miner. -1990. Vol. 75. - P. 1290-1310.

80. Thompson E. J. J. Changes produced in the distribution of nitrogen in diamond by high temperature — high pressure treatments. //Diamond research. 1978. P. 17-22.

81. Woods G. S. Electron microscopy of "giant" platelets on cube planes in diamond. // Philos. Mag.-1976.-Vol.34.- P.993-1012.

82. Woods G. S. Platelets and infrared absorbtion of type la diamonds. //Pros. R. Soc. London. 1986. Vol. A407. P.219-238

83. Woods G. S. Purser G.C., Mtimkulu A.S.S., Colins A.T. The nitrogen content of Type la natural diamonds. //Jour. Phys. Chem.Solids.-Vol.51.- P.l 191-1195.

84. Zezin R.B., Smirnova E.P., Saparin G.V. and Obeden S.K. New growth features of natural diamonds revealed by colour cathodoluminescence scanning electron microscope (CCL SEM) technique // Scanning, 1992.-14. S. 3-10.

Информация о работе

Линь Фан
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.05

Диссертация

Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Морфология и спектроскопические свойства октаэдрических кристаллов алмаза из месторождений Якутской алмазоносной провинции - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы