Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Морфология, минералогия и некоторые аспекты генезиса поликристаллических образований алмаза

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Морфология, минералогия и некоторые аспекты генезиса поликристаллических образований алмаза"

РГ6 од

ц tro ц?а<:и й с к л я академия наук

сибирское отделение институт минералогии и петрографии

На правах рукописи

СМЕЛОВА Галина Борисовна

морфология, минералогия и некоторые аспекты генезиса поликристаллических образований алмаза

04.00.20 - минералогия, кристаллография

■ ■ Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск - 1993

Работа выполнена в Якутском институте геологических наук СО

РАН.

Научный руководитель: кандидат геолого-мйнералогических наук

Г.П.Буланова

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

В.П.Афанасьев

кандидат геолбго-минералогических наук А.Ф.СафроноЕ

Оппонирующая организация: ЦНИГРИ (г.Москва)

Защита состоится " У " МОЯЛ- 1993 г. в час.

на заседании специализированного ученого совета К 200.16.01 при Институте минералогии и петрографии СО РАН,' в конференц-зале. Адрес: 630090, Новосибирск-90, Университетский просп., 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИГГиМ СО РАН.

Автореферат разослан ".

¿'»¿¡</¿¿^¿^1 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.г.-м.н;

Дублянский Ю.В.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Алмаз является уникальным минералом и обладает специфическими свойствами - прозрачностью, высокой твердостью, механической и химической стойкостью. Как монокристаллы, так и поликристаллические его разновидности, находят все более широкое применение в различных отраслях современной 'промышленности, поэтому проблема генезиса алмаза является одной из наиболее актуальных в геологии. По мнению большинства исследователей алмазы образуются в верхней мантии и являются источником уникальной информации о геологических процессах, происходящих на глубинах порядка 150 км. Сингенетические включения в алмазах несут первичную информацию об условиях мантийного петрогенеза. Их изучение, наряду с исследованием минералов мантийных ксенолитов позволяет реконструировать физико-химические условия среды кристаллизации алмаза, что важно для развития теории алмазообразова-ния и решения проблем его синтеза. В этом плане наиболее полно изучены монокристаллы (Meyer, 1968; Соболев, 1974; Ефимова и др., 1983; Соболев и др., 1983; Буланова и др., 1986; Gurney, 1989 и др.) по сравнению с его поликристаллическими разновидностями. В связи с этим изучение внешней и внутренней морфологии агрегатов алмаза, состава сингенетических включений в них и характера их распределения, позволяет получить качественно новую информацию об условиях алмазообразования. что и обуславливает актуальность настоящего исследования.

Целью работы являлось установление физико-химических условий образования борта и алмазных сростков, а также выявление особенностей состава среды их кристаллизации и ее физического состояния.

Основные задачи исследования сводились- к следующему: 1) Изучение внешней и внутренней морфологии борта и алмазных сростков, а также взаимоотношений борта с монокристаллами алмаза; 2) Выявление типоморфных минеральных парагенезисов, характеризующих условия образования агрегатов алмаза; 3) Изучение особенностей химических составов минералов-узников и их изменения в процессе роста борта и алмазных сростков, а также расчет РТ-параметров их образования.

Защищаемые положения.

1. Образование разновидностей борта происходит в последовательности: мелкозернистый, представленный неограненными кристаллитами - крупнозернистый, сложенный плохо ограненными кристаллитами и содержащий полости с друзами крупнозернистый, образованный хорошо ограненными кристаллами; причем их кристаллизация может начинаться и заканчиваться на любой из этих стадий. Формирование борта возможно как после, так и до начала кристаллизации монокристаллов алмаза в среде, способствующей равномерному поступлению углерода ко всем частям агрегата.

2. Сингенетические включения, установленные в индивидах поликристаллических агрегатов: высокохромистый гранат, клинопирок-сен, энстатит, оливин, хромит, магнезит, моносульфидный твердый раствор и железо-магнезиальный гранат, омфацит, санидин, характеризуют два типа мантийных ассоциаций: ультраосновную и эклоги-товую.

3. Минеральные парагенезисы, отражающие состав среды образования поликристаллических агрегатов, свидетельствуют, что в ультраосновной среде сростки и монокристаллы преобладают в более высокотемпературном гарцбургит-дунитовом парагенезисе, а борт -в относительно низкотемпературном - лерцолитовом. Температурный интервал образования поликристаллических агрегатов эклогитового парагенезиса в целом перекрывается с наиболее высокотемпературной областью кристаллизации монокристаллов алмаза этого парагенезиса.

Научная новизна. В работе впервые приводятся результаты исследования внешней и внутренней морфологии борта и алмазных сростков, на основе которых установлена последовательность образования различных типов и разновидностей борта. Изучены взаимоотношения борта с монокристаллами алмаза, свидетельствующие о возможности его более ранней кристаллизации по отношению к монокристаллам. Показано, что кристаллизация поликристаллических образований происходит из расплава (флюида), о чем свидетельствует наличие полостей в борте, выполненных алмазными друзами. Впервые среди минералов, парагенетически связанных с бортом, установлены: оливин, рихтерит, магнезит, флогопит, санидин, омфацит и железо-никелевый моносульфидный твердый раствор. Доказано, что кристаллизация агрегатов алмаза происходит в среде ультраос-

новного и эклогитового состава при РТ-параметрах, отвечающих условиям верхней мантии.

Практическая значимость. Установление присутствия в борте в качестве темных непрозрачных включений таких минералов как моносульфидный твердый раствор и магнетит, обладающих магнитными свойствами, объясняет причину частого попадания борта в магнитную фракцию в процессе обогащения руды. Тонкодисперсное распределение этих магнитных минералов не позволяет лишить алмазы этих "наведенных" магнитных свойств без их переведения в меньший класс крупности. Результаты изучения эволюции состава среды кристаллизации в процессе роста различных разновидностей борта могут учитываться при постановке экспериментов по синтезу алмазов.

Фактический материал. В основу данной работы легли выполненные автором исследования коллекции образцов борта и алмазных сростков из кимберлитовых трубок Мир, Удачная и Айхал. Ее изучение проводилось в рамках госбюджетной темы лаборатории кристаллографии и минералогии алмаза ЯИГН "Состав, строение, свойства и условия кристаллизации природных алмазов и минералов алмазного парагенезиса" в период с 1987 по 1992 г.г.

В ходе работы проведено исследование морфологии 86 образцов борта и 41 образца алмазных сростков. Из них изготовлено 35 полированных препаратов. Выполнено порядка 500 микрорентгеноспект-ральных анализов сингенетических включений, находящихся "In situ" в индивидах агрегатов, а также минералов-сростков с бортом. Для подтверждения диагностики минералов рентгеноструктурным и рамановским спектроскопическим методами проанализировано 10 объектов. Изучен характер фотолюминесценции во всех образцах. Кроме того, использованы опубликованные в литературе сведения, имеющие отношение к решению поставленных задач.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 4 работы: 2 статьи, 1 тезисы доклада, и 1 коллективная монография (в печати). Основные положения диссертации докладывались на республиканской конференции молодых ученых и специалистов (Якутск, 1990), на сессии Якутского отделения ВМО "Минерало-го-генетические аспекты магматизма и оруденения Якутии" (Якутск, 1991), а также обсуждались на заседаниях семинаров лаборатории минералогии и кристаллографии алмаза ЯИГН СО РАН и при проведе-

нии международного полевого семинара "Глубинный магматизм и эволюция литосферы Сибирской платформы" (Мирный. 1990).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав., заключения и списка использованной литературы из 142 наименования. Общий объем работы - 87 страниц машинописного текста. 34 рисунка и 14 таблиц.

Благодарности. Проведению исследований в значительной мере содействовали к. г. -м. н. А. В. Варшавский, к. г. -м. н. Ю. П. Барашков, к.г.-м.н. З.В.Специус- Большой объем аналитических работ проведен заведующей лабораторией рентгеноспектрального анализа ЯИГН СО РАН к.х.н. Л.А.Павловой. Подготовка полированных препаратов к работе выполнена В.А.Котеговым. Всем названным товарищам автор выражает благодарность и признательность. При выполнении исследований и написании диссертации автору постоянно оказывал разнообразную и действенную помощь научный руководитель - к.г.-м.н. Г.П.Буланова, которой автор выражает искреннюю признательность.

Глава 1. ВОПРОСЫ КЛАССИФИКАЦИИ И УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ. МЕТОДИКА ИХ ИЗУЧЕНИЯ

В ранних работах (Вернадский, 1924; Бетехтин, 1950; Дэна и др., 1951 и др.), посвященных минералогии алмаза, не существовало единой классификации поликристаллических образований алмаза. Впервые она была создана Ю.Л.Орловым (1965) на основе изучения внешней морфологии индивидов и характера внутреннего строения псликристаллических разновидностей: балласов, сростков, борта и карбонадо. Основные понятия этой классификации использованы в данной работе.

Анализ литературных данных по минералогии борта показывает, что состав минералов-сростков с бортом в целом совпадает с составами аналогичных минералов-узников из монокристаллов алмаза, отличаясь от них большей железистостью. При этом среди гранатов-сростков с бортом большим распространением пользуются малохромовые разновидности лерцолитового парагенезиса, что в совокупности с данными по взаимоотношениям борта с монокристаллами алмаза (известны были только образцы, в которых борт обрастал монокристалл) создало мнение о кристаллизации борта на заключительных стадиях алмазообразования. Однако в последние годы были

описаны образцы, в которых монокристаллы нарастают на борт, свидетельствующие о возможности кристаллизации борта на ранних этапах процесса алмазообразования (Смелова, 1991) и более сложном его генезисе, чем принято считать.

В качестве объектов исследования были выбраны две генетически близкие разновидности поликристаллических образований: борт и алмазные сростки, встречающиеся в кимберлитовых трубках Мир, Айхал, Удачная.

Получение принципиально новых данных по условиям образования агрегатов алмаза проводилось в полированных срезах, где непосредственно можно изучать форму включений, их взаимоотношения с индивидами алмаза, характер распределения в объеме агрегата, а также определять химический состав минералов, локализованных в различных его частях. Подобные препараты изготавливались с использованием методики выведения включений на поверхность индивидов алмаза посредством распиловки и пришлифовки агрегатов.

Состав включений в индивидах борта и алмазных сростков, а также минералов-сростков с бортом определялся на микроанализаторе "Camebax-mlcro" при ускоряющем напряжении 15 и 20 kV и токе поглощенных электронов от 15 до 20 нА. Определение углерода во включениях магнезита производилось прямым измерением Ка- излучения этого элемента с помощью микроанализатора "Camebax- micro", при 15 kV на волновом спектрометре с кристаллом-анализатором ODPb. С целью подтверждения диагностики он исследовался методом рамановской спектроскопии. Для наблюдения фотолюминесценции использовался ультрафиолетовый осветитель ОИ-18 с ртутной лампой СВД-120А и светофильтром УФС-6.

Глава 2.ОНТОГЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ АЛМАЗА ИЗ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК ЯКУТИИ

Поликристаллические образования представляют собой совместное нахождение множества индивидов как одного минерала, так и нескольких, кристаллизация которых может происходить одновременно или последовательно. Поэтому изучение особенностей габитусной формы индивидов алмаза, их взаимоотношений друг с другом и иными минералами, характеризующими структуру агрегатов, является основой понимания истории и условий их роста.

Изучение морфологии борта из трубок Удачная, Мир и Айхал показывает, что борт в них представлен двумя разновидностями: мелкозернистым и крупнозернистым.

Мелкозернистый борт слагают зерна алмаза размером до 0,2 мм, лишенные правильной кристаллографической огранки. Кристаллы не ийеют четко выраженных граней и по внешнему виду напоминают зерна, образующие аллотриаморфнозернистые структуры в магматических породах. Агрегаты, состоящие из них, непрозрачны и имеют цвет от серого до черного.

Крупнозернистый борт с поверхности почти всегда сформирован ограненными- прозрачными кристалликами алмаза размером от 0,2 до 2 мм, представленными в основном ламинарными октаэдрами, реже тригон-триоктаэдрами, кубами и комбинацией октаэдра или октаэд-роида с кубом.

В зависимости от сочетания разновидностей борта между собой и с учетом срастаний его с монокристаллами алмаза, выделяется 4 типа агрегатов, сложенных:

1) мелкозернистым бортом;

2) двумя разновидностями борта: мелко- и крупнозернистым;

3) крупнозернистым бортом;

4) бортом в срастании с монокристаллами.

Во всех случаях, когда агрегаты сложены двумя разновидностями борта, признаки более ранней кристаллизации несет мелкозернистый борт, -так как он слагает ядерные части агрегатов. Крупнозернистый борт, сложенный неограненными кристаллитами алмаза является промежуточным звеном между мелкозернистым и крупнозернистым, образованным ограненными индивидами алмаза. Он наблюдается в виде пористой корки с полостями, обрастающей мелкозернистый борт, а также слагает внутреннюю часть образцов крупнозернистого борта, поверхность которых сформирована хорошо ограненными кристаллами алмаза. В полостях часто присутствуют алмазные друзы, образованные прозрачными, более совершенными, хорошо развитыми октаэдрами с зеркально-гладкими гранями.

Агрегаты, сложенные крупнозернистым бортом имеют округлую и эллипсовидную форму и представляют собой плотные друзоподобные образования, вся поверхность которых сформирована-ограненными вершинками кристалликов алмаза. ■

Среди алмазных сростков по характеру срастания индивидов

выделяются закономерные (параллельные) и незакономерные. Индивиды алмаза, слагающие сростки, образованы октаэдрами и кубами. В отличие от индивидов борта, кристаллы алмазных сростков крупнее и достигают 4 мм. Отличаясь от борта значительно меньшим числом центров зарождения, алмазные сростки отражают промежуточные условия кристаллизации между монокристаллами алмаза и бортом.

Последовательность образования борта и монокристаллов устанавливается в образцах, в которых непосредственно наблюдаются их взаимоотношения. Наряду с образцами, в которых борт обрастает монокристаллы алмаза, автором впервые описаны образцы с обратными взаимоотношениями. Индивиды борта в пределах поверхности срастания с монокристаллом имеют четкую огранку, а вершинки их направлены внутрь монокристалла, что свидетельствует о более раннем формировании борта. Такая последовательность подтверждается и результатами исследования фотолюминесценции. Ее характер показывает, что центр роста монокристалла располагается асимметрично относительно его объема и находится на границе с бортом. В целом установлена следующая последовательность кристаллизации борта: мелкозернистый, сложенный неограненными кристаллитами алмаза -» крупнозернистый, сложенный плохо ограненными кристаллитами, содержащий полости с друзами крупнозернистый, образованный хорошо ограненными кристаллами алмаза. Такая последовательность объясняется общими условиями образования любых минеральных агрегатов (Вильке, 1968). При сильном пересыщении, на начальной стадии, зарождающиеся кристаллиты в процессе быстрого роста захватывают большое количество включений и становятся непрозрачными. По мере снижения пересыщения сокращается как количество образую-. щихся зародышей, так и количество захватываемых ими включений. Размеры образующихся кристаллов увеличиваются - формируется крупнозернистый прозрачный борт, сложенный плохоограненными кристаллитами, часто с пустотами, выполненными алмазными друзами. На заключительной стадии, после прекращения образования зародышей. рост алмазных индивидов, находящихся на поверхности агрегатов, продолжается с образованием четких кристаллографических очертаний. На этой же стадии возможно формирование монокристаллов алмаза и их сростков. В реальной же природной среде кристаллизация алмазного вещества может начинаться и заканчиваться на любой из стадий вышеописанной последовательности, формируя все

морфологическое многообразие поликристаллических образований.

Анализ распространенности разных типов агрегатов по трубкам показывает, что сростки и крупнозернистый борт, образованные кристаллами кубического габитуса, встречаются только в трубке Айхал. В этой же трубке отмечается больший процент монокристаллов алмаза кубического габитуса по сравнению с трубками Удачная и Мир. Для образцов из трубки Удачная характерно нарастание монокристаллов на крупнозернистый борт, а для образцов из трубки Айхал, наоборот, нарастание крупнозернистого борта на монокристалл. В трубке Мир не обнаружено агрегатов, в которых бы наблюдались соотношения борта с монокристаллом. Различные взаимоотношения борта с монокристаллами свидетельствуют о том, что кристаллизация борта в одних геологических объектах происходит на заключительных стадиях алмазообразования, а в других - предшествует кристаллизации монокристаллов алмаза. При этом устанавливается, что в образцах, в которых крупнозернистый прозрачный борт обрастает монокристаллы алмаза, отсутствуют промежуточные зоны, сложенные мелкозернистым непрозрачным бортом, в то время как в ядерной части образцов (из этих же объектов), сложенных двумя типами борта, наблюдается мелкозернистый борт. Эти данные свидетельствуют о многообразии путей кристаллизации алмазного вещества, которые нельзя увязать в единую схему: монокристалл -» сростки мелкозернистый борт, крупнозернистый борт или мелкозернистый борт -» крупнозернистый борт -» сростки -» монокристалл. Следовательно, временной фактор кристаллизации монокристаллов, борта и сростков не является определяющим, а появление той или иной разновидности алмазного вещества может определяться как термодинамическими, так и кинетическими факторами, существующими в верхней мантии (неравномерная степень пересыщения среды углеродом, различный состав среды и ее физическое состояние, неравномерное распределение температурного градиента и т.д.).

Важную роль в понимании физического состояния среды занимает анализ морфологии агрегатов. Обычно образцы крупнозернистого борта и незакономерных сростков имеют эллипсовидную, округлую и близкую к ней формы, а индивиды алмаза с равномерноразвитыми, ограненными вершинками наблюдаются по всей поверхности агрегатов. Формирование таких поликристаллических образований возможно при равномерном притоке (диффузии) углерода из окружающей среды

ко всем частям агрегата в условиях подвижной среды (расплав или флюид). Доказательством кристаллизации борта в условиях свободного роста служит также наличие в борте полостей, выполненных друзами более совершенных кристаллов алмаза.

Глава 3.ВКЛЮЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ АЛМАЗА И ИХ ПАРАГЕНЕЗИСЫ

Исследованиями химического состава сингенетических включений в индивидах борта и сростков установлены: гранат, оливин, диопсид, энстатит, омфацит, магнезит, флогопит, санидин, К-рих-■терит, моносульфидный твердый раствор, хромит, магнетит, рутил, принадлежащие к ультраосновной (лерцолитовый и гарцбургит-дуни-товый парагенезисы) и эклогитовой ассоциациям. Устанавливается, что в целом составы включений в индивидах борта и сростков аналогичны составам минералов, включенных в монокристаллы алмаза.

Гранаты по химическому составу соответствуют как ультраосновной, так и эклогитовой ассоциациям. Гранаты ультраосновной ассоциации (лерцолитовьй парагенезис), в проанализированных индивидах крупнозернистого борта, характеризуются содержаниями: СаО - 4,97-5,69 мас.%; Сг203 - 3,33-3,64 мас.% при f=14,2-15,7%. Гранаты эклогитового парагенезиса из борта более железистые (f=30,4%), чем из алмазных сростков (f=25,2%), а гранат, находящийся в срастании с индивидами борта (на поверхности) характеризуется промежуточной железистостью, равной 28%.

Оливины по составу полностью соответствуют таковым из монокристаллов алмаза. При этом, железистость включений в борте (6,5-7,3%) несколько выше, чем из алмазных сростков (6.2-6,8%). По химическим составам сосуществующих с оливинами минералов в борте определено, что они относятся к лерцолитовому парагенезису, а в алмазных сростках - к гарцбургит-дунитовому.

Энстатит установлен только в алмазных сростках и характеризуется содержанием Сг203 - 0,49 мас.%, А1203 - 0,36 мас.% и f= 5.8%, что с учетом высокого значения Сг/(Сг+А1), равного 0,46 указывает на его принадлежность к гарцбургит-дунитовому парагенезису.

Диопсид обнаружен в крупнозернистом борте. Он характеризуется относительно высоким содержанием Сгг03 - до 1,93 мас.%.

низким AlgOg (2,80-2,92 мас.%)-и Na£0 (2,41-2,83 мае.55). при же-лезистости равной 6,4%, что в совокупности с данными по сосуществующим минералам позволяет отнести его к лерцолитовому парагенезису.

Омфацит установлен как в крупнозернистом борте, так и в алмазных сростках и и не обнаруживает значительных различий в составе в этих типах агрегатов: Alg03 - 8,64-9,68 мас.%, Nag0 -4,24-5,22 мас.% и f=16,6-18,0%.

Магнезит присутствует в крупнозернистом борте в ассоциации с пиропом, хромдиопсидом и сульфидами алмазного парагенезиса. В сечении включения имеют форму параллелограмма с округлыми углами, что свидетельствует о наличии индукционных граней, в результате слияния которых на месте псевдоребер образуется криволинейная поверхность.

Флогопит. Единственное включение установлено в крупнозернистом борте в ассоциации с оливином. По содержанию характерных окислов - Т102 - 3,13 мас.%, Сг203 - 1,87 мас.% -и FeO - 2,77 мас.% он соответствует флогопитам лерцолитового парагенезиса.

Санидин. Малые размеры включения (3x3 мкм) позволили получить только качественный анализ этого минерала (в мас.%): S102 -45,39, А1203 - 18,44 Na20 - 0,76, К20 - 11,61, сумма - 70,82. Расчет атомных коэффициентов показал, что стехиометрия его соответствует санидину. Включения санидина в монокристаллах алмаза были описаны в ассоциации с минералами эклогитовой ассоциации (Prinz et al., 1975; Буланова, Аргунов, 1985), поэтому данное включение рассматривается, как принадлежащее к этой ассоциации.

К-рихтерит установлен в крупнозернистом борте совместно с санидином. "Его состав характеризуется высоким содержанием щелочей: К20 - 5,20 и Ка20 - 5,85 (в мас.%), а также Т102 - 6,71 мас.%. До сих пор все находки К-рихтерита, связанного с кимбер--литами и лампроитами, были сделаны в, породах ультраосновного состава. Изученный рихтерит условно отнесен к эклбгитовому парагенезису, т.к. он обнаружен в ассоциации с санидином.

Сульфиды идентифицированы в образце, образованном двумя разновидностями борта: мелко- и крупнозернистым. Почти все они по составу соответствуют моносульфидному твердому раствору. Исследование их состава показало, что в мелкозернистом борте, по мере его кристаллизации, содержание меди, во включениях увеличи-

вается от 0,18 до 6,82 мае. Ж. а в крупнозернистом, наоборот, уменьшается от 3,56 до 0,36 мас.%. Кроме того, в индивидах мелкозернистого борта, граничащих с крупнозернистым, зафиксированы сульфиды с высоким содержанием меди (9,22-19,52 мас.%), которые при оптическом наблюдении при увеличении в 1000 раз выглядят однородными.

Хромит установлен в качестве включений в индивидах алмазных сростков и в виде срастаний с индивидами борта. Железистость первых изменяется в пределах 35,4-38,5%, а вторых - 42,0-43,2%, при содержаниях хромового компонента 85,4-90,4% и 84,5-87,1% соответственно.

Магнетит определен только в мелкозернистом борте и характеризуется низким содержанием Т10г (0,10-0,26 мас.%) и высоким N10 (0,55-8,55 мас.%), что является показателем кристаллизации магнетита из сульфидного расплава (Скиннер, Пек, 1973; Альмухаме-дов, Медведев, 1982).

Рутил изучен только в срастании с бортом из трубки Айхал. По составу (низкому содержанию FеО - 1,70 мас.%) он аналогичен включениям рутила из монокристаллов алмаза и сростков с ними. Низкое содержание Cr20g (0,27 мас.%) указывает на принадлежность его к эклогитовой ассоциации.

Анализ распределения образцов с различными типами парагене-зисов минералов-узников по трубкам позволяет говорить о разной степени их распространенности. Так, агрегаты алмаза из трубки Удачная характеризуются присутствием ультраосновной ассоциации, а в трубке Айхал преимущественным распространением пользуются поликристаллические образования с эклогитовым парагенезисом. В трубке Мир встречаются агрегаты как с лерцолитовым, так и с эклогитовым парагенезисами. Преобладание ультраосновного парагенезиса включений в монокристаллах алмаза из трубки Удачной и большая, чем считалось, распространенность эклогитового парагенезиса включений в алмазах из трубки Мир (10-15%) были отмечены ранее в работе "Природный алмаз..." (в печати). Таким образом, результаты исследования сингенетических включений в борте и алмазных сростках показывают, что закономерности распространенности минеральных парагенезисов имеют общий характер для моно- и поликристаллической разновидностей алмаза. Вместе с тем в пределах ультраосновной ассоциации намечается тенденция преобладания гарц-

бургит-дунитового парагенезиса (более высокотемпературного) в монокристаллах алмаза и в их сростках, а лерцолитового (более низкотемпературного) в борте. В эклогитовой среде, напротив, преобладание включений низкожелезистых гранатов и омфацитов в борте позволяет предположить их несколько более высокотемпературный характер образования в сравнении с монокристаллами алмаза.

Изучение химического состава сингенетических включений в борте и алмазных сростках показало связь парагенезисов, характеризующих ультраосновную или эклогитовую среду, с определенными морфологическими типами слагающих их индивидов алмаза. Агрегаты, содержащие включения эклогитового парагенезиса, как правило, сложены кристаллами алмаза кубического и тригон-триоктаэдричес-кого габитуса, тогда как индивиды агрегатов, содержащие включения ультраосновной ассоциации, представлены октаэдрами. Эти факты являются свидетельством специфичности условий роста поликристаллических образований алмаза в двух типах геохимических сред.

Глава 4.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ АЛМАЗА

Выяснение условий образования поликристаллических разновидностей ' алмаза тесно связано с определением РТ-параметров, фуги-тивности кислорода, химического состава и фазового состояния среды при их кристаллизации. В настоящей главе эти вопросы рассмотрены на основе данных, полученных при изучении морфологии агрегатов алмаза, а также минералогии и химизма сингенетических включений.

При расчетах температуры для алмазных сростков в качестве равновесных рассматривались минералы, находящиеся в одном индивиде, а для борта - в индивидах одной разновидности. Расчеты производились с использованием гранат-клинопироксенового (Ellis, Green, 1979) и оливин-шпинелевого (O'Neill, Wall, 1987) геотермометров при заданных давлениях 40 и 50 кбар. Были получены следующие результаты: для гарцбургит-дунитового парагенезиса из трубки Удачной - 1045° С, для лерцолитового из трубки Мир -10601170° С и для эклогитового из трубок Айхал и Мир -1220-1230° С. Они в целом близки к температурам минеральных равновесий, опре-

деленным по включениям из монокристаллов алмаза из этих же трубок. Кроме определения общего интервала температур образования поликристаллических агрегатов была прослежена эволюция темпера-' турного режима в процессе их кристаллизации на основе составов включений сульфидов и оливинов. Установлено, что по мере кристаллизации мелкозернистого борта в составе моносульфидного твердого раствора содержание меди увеличивается, а крупнозернистого - уменьшается. Такая тенденция поведения меди в соответствии с. экспериментальными данными свидетельствует о кристаллизации мелкозернистого борта на фоне понижения температуры, а крупнозернистого - на фоне ее повышения. Аналогичная тенденция эволюции температурного режима при кристаллизации крупнозернистого борта и алмазных сростков прослеживается и по составам оливинов, локализованных в разных временных зонах роста. Происходит уменьшение железистости оливинов в периферических частях агрегатов и отдельных индивидов.

О величине давления, соответствующем верхней мантии, свидетельствует минеральная ассоциация магнезит-диопсид, которая по экспериментальным данным (Eggler, 1976) при Т=1100° С может существовать только если давление превышает 45 кбар.

Присутствие магнезита и магнетита в борте указывает на величины летучести кислорода близкие к буферу OFM (f 0Z=10"8'5 атм). Оценка фугитивности кислорода по содержанию Crg03 в оливинах из индивидов борта и алмазных сростков дает значения порядка 10"в-5-10"м атм.

Таким образом, полученный интервал РТ-параметров образования борта и алмазных сростков отвечает области стабильности алмаза и в целом совпадает е.. таковым для монокристаллов алмаза, что убеждает в значительном влиянии таких факторов как состав и физическое состояние среды кристаллизации на зарождение и рост агрегатов алмаза.

Сравнение химических составов дунитов и гарцбургитов с составами гранатовых лерцолитов показывает значительное обогащение последних S102. Большее содержание этого окисла в расплаве, наряду с меньшей температурой кристаллизации лерцолитовых магм относительно гарцбургит-дунитовых, указывает на большую вязкость лерцолитовых расплавов. Следовательно, сам состав лерцолитового расплава способствует предпочтительному росту борта, а ду-

нит-гарцбургитового - сростков и монокристаллов алмаза. При этом существенную роль в процессе образования зародышей алмаза играет сульфидный расплав (Чепуров и др., 1987), что подтверждается присутствием многочисленных включений моносульфидного твердого раствора в мелкозернистом борте.

Как уже показано выше, кристаллизация мелкозернистого борта происходит при понижении температуры, а крупнозернистого - при ее повышении. Повышение температуры ведет к снижению пересыщения среды кристаллизации углеродом и к понижению ее вязкости. На определенной стадии формирование борта переходит в стадию друзово-го роста, когда индивиды, находящиеся на поверхности, продолжают свой рост за счет равномерного притока (диффузии) углерода из окружающей среды ко всем его частям. На этой же стадии отдельно возникающие зародыши могут продолжать свой рост в качестве монокристаллов. Такая последовательность кристаллизации (за счет снижения степени пересыщения среды углеродом) объясняет преобладание борта с лерцолитовой ассоциацией включений над монокристаллами алмаза и их сростками, содержащими эту же ассоциацию включений.

Последовательность кристаллизации монокристалл - борт интерпретируется следующим образом. Агрегаты этого типа содержат в виде включений минералы эклогитовой ассоциации. Наблюдаемые взаимоотношения между бортом и монокристаллами свидетельствуют о том, что область монокристаллов, граничащая с бортом, очень дефектна. В этом случае рост борта вокруг монокристалла может происходить как за счет увеличения пересыщения среды кристаллизации углеродом вследствие падения температуры, так и созданием благоприятных условий при кристаллизации других минеральных видов, многочисленные включения которых приводят к механическим дефектам структуры алмаза. Появление дефектов возможно также при вхождении в структуру алмаза иных комплексов в качестве химических примесей, имеющих отличный от атомов углерода размер. В любом случае на гранях растущего монокристалла возникают многочисленные дислокации, увеличивающие число двугранных и трехгранных углов на поверхности граней, что делает их потенциально благоприятными и энергетически выгодными для появления многочисленных зародышей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты изучения морфологии поликристаллических агрегатов, а также вещественного состава парагенетически связанных с ними минералов, позволяют сделать некоторые выводы, об условиях их зарождения и роста. Поликристаллические образования алмаза из трубок Мир, Удачная, Айхал представлены бортом и сростками. Среди борта выделяется две разновидности - мелкозернистый и крупнозернистый. Внутреннее"строение агрегатов, характер распределения сингенетических включений в слагающих их индивидах и наблюдаемые взаимоотношения между разновидностями борта указывают на более раннее образование мелкозернистого борта относительно крупнозернистого. Эллипсовидная и близкая к округлой форма агрегатов, 1' которых равномерноразвитые ограненные вершинки индивидов алмаза наблюдаются по всей поверхности, свидетельствуют о росте их в среде, способствующей равномерному притоку питающего вещества, что возможно только в подвижной среде (расплав или флюид) с относительно более высокой вязкостью, чем при кристаллизации монокристаллов алмаза.

Отмечается неравномерное распределение различных типов агрегатов по трубкам. Так сростки и крупнозернистый борт, образованные кристаллами кубического габитуса, встречаются только в трубке Айхал. Наблюдаемые взаимоотношения между бортом и монокристаллами алмаза позволяют выделить две последовательности их образования. Для трубки Удачной характерно более раннее образование борта, а для трубки Айхал - более позднее.

Результаты исследования химического состава сингенетических включений минералов и их парагенезисов в поликристаллических агрегатах показывают принадлежность последних к двум ассоциациям: ультраосновной и эклогитовой. При этом в ультраосновной среде сростки и монокристаллы преобладают в более высокотемпературном гарцбургит-дунитовом парагенезисе, а борт - в относительно низкотемпературном, лерцолитовом. Эклогитовые агрегаты, на основе полученных данных, попадают в более высокотемпературную область, характеризующую РТ-параметры образования монокристаллов алмаза. Отмечается тенденция преобладания того или иного парагенезиса поликристаллических образований алмаза в конкретной трубке. Все образцы из трубки Удачной характеризуются присутствием ультраос-

новной ассоциации включений, а из трубки Айхал - преимущественно эклогитовой. Трубка Мир в этом отношении занимает промежуточное положение.

Полученный интервал РТ-параметров образования поликристаллических образований алмаза на основе минеральных равновесий отвечает области стабильности алмаза на диаграмме фазового состояния углерода и соответствует условиям алмаз-пироповой фации глубинности, что подтверждает ксеногенную природу поликристаллических образований алмаза в кимберлитовых породах и показывает их генетическую связь с мантийными алмазоносными перидотитами и эк-логитами.

Представленные в работе первые результаты исследования борта из кимберлитовых пород Якутии показывают их перспективность для решения проблем генезиса природного алмаза. Пришлифованные срезы борта с изученной морфологией и парагенезисом представляют большой интерес для исследования изотопного состава углерода по зонам роста, а также изотопного состава и геохимических особенностей содержащихся в нем сингенетических включений. Совокупность всех этих данных для одних и тех же образцов из разных кимберлитовых трубок позволит детализировать механизм зарождения и условия роста поликристаллических образований алмаза в мантийных алмазоносных породах.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Смелова Г. Б. Морфология борта из кимберлитовых трубок Якутии // Минерал, журн. - 1991. - Т. 13, N 3,- - С. 83-90.

2. Смелова Г.Б., Павлова Л.А. Ультраосновная ассоциация включений в образце борта из трубки "Мир" // Минерал, журн. -1992. - Т. 14, N 4. - С. 52-61. •

3. Smelova G.B. Mineral Inclusions In boart from the Mir pipe, Yakutia // 5th Intern. Klmberllte Conf.: Extended Abstr. -Brasilia, CPRM, 1991. P.549-550.