Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Онтогения алмаза

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Онтогения алмаза"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ 'ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Г.В.ПЛЕХАНОВА ОД (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

(■V * »иг* Г*

О ! К и:.) ь, ;

На правах рукописи БЕСКРОВАНОВ ВИКТОР ВАСИЛЬЕВИЧ

ОНТОГЕНИЯ АЛМАЗА

Специальность: 04.00.20 - минералогия,

кристаллография

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Якутском институте геологических наук Сибирского отделения РАН.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор И. И.ШАФРАНОВСКИЙ;

доктор наук,

профессор

М.И.САМОЙЛОВИЧ;

доктор геолого-минералогических наук,

профессор

Г.П.КУДРЯВЦЕВА.

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский

геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (г. Москва)

Защита состоится " 199?^ г. в часов на

заседании специализированнного совета Д 063.15.04 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, ВО, 21-я линия, д. 2, ауд. ПЬЬ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С-ПГГИ.

Автореферат разослан " ^

М

Ученый секретарь спецшшзированнного совета канд. геол.-мин.наук, доцент /V М.А.Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования диссертационной работы послужили природные кристаллы алмаза, как носители информации об условиях и эволюции этих условий в природных очагах кристаллизации. Несмотря на многоплановые и интенсивные исследования- алмаза во многих лабораториях мира, обширный экспериментальный и теоретический материал. ответы на многие вопросы его генезиса и природы его свойств еще не получены. Во многом это обусловлено двумя причинами. Во-первых, отсутствием системы взглядов, позволяющей систематизировать накопленные материалы в рамках единых формализованных представлений; во-вторых - недостаточной ясностью в понимании всех особенностей неоднородного строения кристаллов алмаза, состоящих из блоков, зон и пирамид роста с широкими вариациями физических свойств. Не способствует решению алмазных проблем и отсутствие универсальной классификации алмаза, а используемые в настоящее время классификации не могут ее заменить, поскольку не учитывают или учитывают не в должной мере особенности неоднородного строения реальных кристаллов.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ диссертационной работы определяется названными причинами и состоит в изучении алмаза не только и не столько как минерального вида, а его конкретных индивидов с их особенностями внутреннего строения, объемного распределения физических свойств и персональной историей роста. В основу этого' подхода положен онтогенический метод Д. П. Григорьева.

ЦЕЛЬЮ исследований была разработка формализованного представления данных о свойствах и происхождении алмаза. Для этого решались следующие задачи: 1) выделение всех элементов неоднородности алмаза; 2) построение классификации алмаза, содержащую таксоны разного иерархического ранга; 3) разработка способов рационального описания неоднородных кристаллов и их множеств; 4) генетическая интерпретация полученных данных; 5) онтогенический анализ алмазов из месторождений разных генетически типов.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Объектом исследования служила алмазная коллекция Якутского института геологических наук СО РАН, содержащая основные разновидности алмаза из кимберлитовых трубок Мир, Айхал, Удачная, Сытыканская, им. 23 партсъезда. Наиболее важные результаты получены при комплексном

1

исследовании алмаза по зонам и пирамидам роста 115-ти плоскопараллельных пластин, вырезанных из типичных разновидностей. Полученные выводы проверены и подтверждены исследованием более 120 тысяч кристаллов непосредственно на алмазных месторождениях Мир, им. 23 партсъезда, Сытыканская и в спецлабораториях Амакинской и Ботуобинской геологоразведочных экспедиций. Изучены 43 зерна алмаза из 20 ксенолитов мантийных пород (коллекция ЯкутНИИПРОАлма-за).

Внутренняя морфология алмазных пластин выявлялась методами топографии оптических центров (двупреломление, фото и катодолюми-несценция, поглощение монохроматического света в УФ и видимом диапазоне), избирательного травления в HaN03 или водяным паром в атмосфере водорода, рентгеновской топографии. Анатомия целых кристаллов изучалась под микроскопом в поляризованном свете или в условиях люминесцентного свечения (возбуждение лампой СВД-120А).

Информация о содержании "структурных и примесных дефектов по зонам и пирамидам роста алмазных пластин получена при анализе спектров фотолюминесценции, УФ и ИК-поглощения локальных участков. Локальность достигалась примением диафрагм с фигурными отверстиями. Спектры УФ-поглощения записаны на спектрофотометре Specord UV VIS, ИК - Perkin-Elmer 577 с приставкой 6:1. Спектральные характеристики фотолюминесценции при комнатной и температуре жидкого азота изучены на приборе СДЛ-1, а локальных участков алмазных пластин - с помощью установки (ИМР, Симферополь) на основе монохроматора ИСП-51 и микроскопа МП-4. Спектры возбуждения фотолюминесценции записаны на спектрофотометре JY3CS.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены и обоснованы инвариантные виды алмаза, послужившие основой для принципиально новой классификации алмаза, построенной по иерархическому принципу. На ее базе разработан формализованный метод рационального представления характеристик Кристаллов и их множеств компактными формулами.

Опираясь на на экспериментальные данные сделан вывод о направленном изменение свойств алмаза, выраженном тенденцией последовательного снижения дефектности алмазной решетки от центра кристалла к его поверхности. '

Предложена дискретная динамическая модель генезиса алмаза, отличающаяся от традиционных аналогов разделением онтогенического цикла с широкими вариациями условий кристаллизации на этапы и стадии с узкими вариациями. На основе модели обоснована гипотеза,

2

объясняющая все разнообразие морфологии и физических свойств алмаза. различными сочетаниями его инвариантных видов в конкретных индивидах. Показана схема логического соответствия между таксономическими. конституционными и генетических системами алмаза.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы состоит в следующем:

- открываются новые возможности рационального использования алмаза путем вовлечения в круг практических нужд современных отраслей промышленности; не только целых особо ценных кристаллов, но также и отдельных участков с требуемыми характеристиками;

- становится возможным исцользовать в качестве универсально го типоморфного признака сочетание и удельные соотношения онтоге-нических семейств алмаза, что позволяет, в частности, рассматривать в качестве коренных источников алмазов россыпей Урала и Севера Якутии некимберлитовые породы.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Неоднородность алмаза имеет три уровня организации: однородные зоны роста, квазиоднородные области и неоднородные кристаллы. Изменение главнейших свойств алмаза в объеме кристаллов имеет направленный характер и проявляется снижением дефектности алмазной решетки в последовательно сменяющих друг друга областях: дефектной центральной, промежуточной и наиболее совершенной периферийной.

2. Разработана классификация алмаза, построенная по иерархическому принципу. Элементарным таксоном - онтогеническим видом -в ней служат участки, однородные по физическим свойствам. Самый крупный таксон - семейство - объединяет кристаллы с одинаковой историей роста. Для формализованного представления неоднородные кристаллы алмаза описываются формулами с перечнем видов, объеди-неных в группы и указанием объемных соотношений между ними. Множества кристаллов описываются формулами, в крторых отражена представительность каждого из пяти семейств алмаза.

3. В полном цикле кристаллизации алмаза выделены три основных этапа - ранний, промежуточный и заключительный, которые проходили в условиях прогрессивного снижения пересыщения среды углеродом. Перерывы в росте кристаллов и завершение кристаллизации на разных этапах привели к широкому разнообразию морфологических черт и физических свойств алмаза. Флуктуации нарушали общее течение процесса и в результате этого на двух дополнительных этапах образовались алмазы в оболочке и округлые разновидности.

3

4. Алмазы из разных генетических типов месторождений отличаются определенными сочетаниями и удельным соотношением пяти семейств алмаза, что и являются универсальным типоморфным признаком.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы были представлены на международной кимберлитовой конференции (Перт, 1986), международном геологическом конгрессе (Вашингтон, 1989), докладывались на международных конференциях "Состав и процессы глубинных зон континентальной литосферы" (Новосибирск, 1988), "Алмаз-92" (Гейдель-берг,• 1992); международном полевом семинаре (Мирный 1990); 12-й Европейской кристаллографической конференции (Москва, 1989); Всесоюзных совещаниях и конференциях: по геологии алмазных месторождений (Мирный, 1975; Симферополь, 1980); самородному минералооб-разованию (Якутск, 1981, 1985), по состоянию и перспективам алма-зообрабатывающего производства (Смоленск, 1981, 1989), по проблемам генетической информации в минералогии (Сыктывкар, 1980), по свойствам природных алмазов и проблемам их извлечения из сырья (Мирный, 1983), по кинетике и динамике геохимических процессов (Черноголовка, 1989), по геохимии углерода (Москва, 1986), "Оптическая спектроскопия и ЭПР примесей и дефектов в алмазе" (Киев. 1985; Бишкек, 1991); "Минералогическая зональность и дискретность минералообразования" (Нальчик, .1984) на Ш практической школе по онтогении минералов (Сыктывкар, 1984); на Федоровских сессиях (Ленинград, 1985, 1991); на сессиях Якутского отделения ВМО.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа представлена в виде монографии объемом 11 п. л, содержит 166 стр. печатного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 145 наименований, иллюстрирована 8 таблицами, 47 рисунками и 8 фототаблицами.

В главе Л изложен авторский подход к исследованию алмаза, основанный на онтогеническом методе. Глава 2 посвящена описанию квазиоднор.одных онтогенических областей алмаза. В главе 3 изложены принципы онтогенической классификации и способы формализованного описания кристаллов алмаза и их множеств. В главе 4 проанализированы онтогенические особенности наиболее распространбннных монокристаллов и агрегатов алмаза. В главе 5 представлены взгляды автора на эволюции алмаза во времени и пространстве.

Работа выполнена в лаборатори минералогии и кристаллографии алмаза Якутского института геологических наук СО РАН.

4

Автор благодарит за содействие работе Ю.П. Барашкова; за помощь в получении экспериментальных данных - А. Я. Хренова, В.Г.Ма-логоловца. В. И. Лисойвана, Г. А.Подзярея. Ю. А.Полканова; за предоставление алмазов - З.В. Специуса, Е.И.Шеманину и К.П.Аргунова; за помощь в оформлении работы З.А.Чистякову и И.В.Бескрованову.

Содержание автореферата изложено в соответствии с защищаемыми положениями.

ПОЛОЖЕНИЕ I.

Кристаллы природного алмаза, как правйло, неоднородны. При этом их отдельные части могут отличаться своими физическими свойствами даже в одном индивиде. Толщина зон роста, часто, не превышает долей миллиметра, что сильно осложняет их локальное исследование. Эта трудность преодолена наш с помощью оригинального приёма, суть которого сводится к следующему. По результатам комплексных исследований плоско параллельных алмазных пластин выделен ранее неизвестный элемент, занимающий в иерархии неоднородности алмаза промежуточное положение между однородными зонами и неоднородными кристаллами. Выделенный элемент назван нами "квазиоднородной онтогенической областью" и представляет собой совокупности зон и пирамид роста, объединенных общностью морфологических черт и физических признаков. Это позволило дополнить традиционную схему неоднородности алмаза:

Однородные зоны роста]-*- ^Неоднородные кристаллы [

| Квазиоднородные области |

где прежняя схема обозначена одинарной стрелкой, наша - двойными. Свойства выделенных областей в пределах одного кристалла различаются, но одноименные области в разных индивидах имеют близкие характеристики. Выделены три квазиоднородные онтогенические области: центральная («и. промежуточная (а) и периферийная , обозначенные греческими буквами. Эти же буквы использованы для указания принадлежности какого-либо элемента к каждой из них. В названии отражена тенденция объемного распределения областей.

Поскольку морфологические и физические характеристики областей устойчиво повторяются в разных кристаллах главный акцент изучения алмаза в диссертационной работе, в отличие от традиционных

5

подходов, смещен на детальное исследование характеристик каждой их областей. Их основные свойства приведены в табл. 1.

Центральная область сформировалась в центре кристалла на стадии его зарождения и отличается от других областей более широкими вариациями морфологии и физических свойств. Инвариантными для нее являются признаки, обусловленные присутствием структурных дефектов. Другие характеристики центральных областей в разных кристаллах широко изменяются. Часто центральная область содержит в ядре включения-инородных минеральных фаз. послужившие затравками. В роли затравок выступают необычные ассоциации минералов -вюстит, графит и парагенезисы: тенит + пирротин, углеродистое железо + монокристаллический графит, гп-Ре-шпинелид + железо + медь (Буланова и др., 1986).

Промежуточная область характеризуется зонально-секториальной неоднородностью (прямолинейная или прямолинейно-ступенчатая окта-эдрическая зональность; секториальность - пирамиды <111>^). В ней чередуются зоны с высоким и низким двупреломлением; высокой и низкой оптической плотностью; с голубой фотолюминесценцией и не-люминесцирующие. Голубое свечение возбуждается в зонах с высоким двупреломлением и УФ-прозрачностью до?1< 270-280 нм. Коэффициент корреляции между интенсивностью люминесценции и величиной двупре-ломления равен г = 0.68+0.07 (критерий Фишераб1 = 6.67 > 3), между интенсивностью люминесценции и оптической плотностью при X = 270 нм - г = 0.91 + 0.05 (е/ = 7.52 > 3). Зависимость значима при<з > 3. В промежуточной области ИК-полоса 1365 см"1 имеет высокий коэффициет поглощения и сдвинута в низкочастотную часть спектра (1365-1359 см"1). В соответствии с гипотезой Е.В.Соболева и др. (1968) это указывает на повышенное содержание и увеличение размеров пластинчатых по (100) дефектов. С ними связаны все основные свойства промежуточной области: ступенчатое усложнение ок-таэдрических зон, зональное двупреломление, голубая фотолюминесценция и особенности оптического поглощения.

Периферийная область установлена в анатомии кристаллов алмаза только октаэдрического габитуса с острыми ребрами и сложена ■ гомогенными зонами роста. Ее отличают низкое двупреломление, повышенная оптическая плотность и наиболее длинноволновый край УФ-прозрачности; отсутствие фотолюминесценции; высокая активность ИК-системы А и низкая - В2. Это свидетельствует о высоком совершенстве ее кристаллической структуры, не нарушаемой дефектами А.

6

Таблица 1

Характерные особенности квазиоднородных областей алмаза

Свойство Область

Центральная Промежуточная Периферийная

Морфология Совершенство кристаллической структуры Двупреломление Поглощение УФ-света Поглощение ИК-света Люминесценция Избирательное • травление Округлая, октаэдр, куб, пирамиды <100>^ Несовершенная, волокнистая. Дислокации Очень высокое Х<225нм+система N9, Х<260-300нм КВ2. КА=Каг=°- «А- систему 3107. Зеленая, желто-зеленая, желтая, оранжевая Сильное, сплошное Грубослоистый октаэдр, острореберный октаэдр, пирамиды <111>а Относительно * совершенная Чередование зон с высоким и низким двупреломлением К280нм+система N3. Чередование зон высокой и низкой оптической плотности ^¡и^вг Голубая Сильное по границам зон и пирамид роста Острореберный октаэдр Совершенная Низкое или отсутствует Х<300нм+система А Не возбуждается Очень слабое

Последние определяют все главные свойства периферийной области. Пластинчатое дефекты для этой области не характерны, имеют в ней относительно малые размеры и содержатся в незначительных количествах.

Центральная область имеет наболее дефектную кристаллическую решетку; промежуточная - почти совершенную и единственный вид алмаза периферийной области обладает совершенной структурой. Из этого следует, что свойства алмаза изменяются от центра к поверхности кристаллов закономерно и направленно, а вектором изменения служит возрастание совершенства алмазной рещетки. .

Тезис о закономерном направленном изменении главных характеристик алмаза является принципиальным результатом наших исследований. Если за меру нарушения совершенства структуры принять энтропию, то объемное изменение свойств алмаза выразится ее уменьшением. Центральная область имеет максимальную энтропию, периферийная - минимальную, а промежуточная область - ее среднее значение. Для вычисления конкретных значений энтропии можно использовать технику информационно-энтропийного анализа минеральных, систем, разработанную Н.П. Юшкиным (1977). Суммарная информационная энтропия, характеризующая беспорядок на всех уровнях организации алмаза выражается формулой Шеннона: 1=N

Н = - I P(xt) log Pfx^ (1)

1=1

где Н - информационная энтропия, Р(х}) - вероятность состояния любого из N признаков кристалла. Результат выражается в битах.

ПОЛОЖЕНИЕ 2.

Известны классификации алмаза по физическим (Robertson et al., 1934; Гомон, 1966), кристалломорф'ологическим (Гневушев, Бар-тошинский, 1959; Гневушев, Шеманина, 1970) и генетическим (Орлов, 1973; Бартошинский, 1983) признакам. Минераллоги различают алмазы ультраосновного (перидотитового) и основного (эклогитового) пара-генезисов. Э.М. Галимов (1984) по изотопному составу углерода разделил все алмазы на четыре группы.

Главной трудностью классификации алмаза является неоднородность кристаллов. По этой причине встречаются кристаллы, содержащие участки, принадлежащие разным таксонам, а именно: переслаивающиеся зоны типа 1а и IIa, типа 1а и III; разновидностей I и III,

8

II и III. Это приводит к размыванию или перекрытию границ между таксонами. Из этого следует, что в свете объемной неоднородности для четкой классификации алмаза в качестве элементарной классификационной единицы следует использовать • не целые неоднородные кристаллы, а их однородные по физическим свойствам части.

Такая классификация требует использования таксонов разного иерархического ранга. Элементарным таксоном - "онтогеническим видом алмаза" выбираются гомогенные зоны и пирамиды роста, обладающие инвариантными комплексами морфологических черт и физических признаков. Выделено десять видов, обозначенных заглавными буквами латинского алфавита (табл. 2). При значительных вариациях свойств алмаза внутри вида предусмотрено его дополнительное деление на подвиды, обозначенные индексами в виде арабских цифр.

- Следующий таксон - группа видов алмаза. Это серия зон и пирамид роста, распределенная соответственно в объеме одной из трех областей алмаза, названия которых совпадают с наименованием групп: центральная Ш. промежуточная (ji), периферийная {у).

Таксон самого высокого иерархического ранга - семейство алмаза - это совокупности кристаллов с одинаковой генетической историей (однообразным сочетанием областей). Соответственно генетической истории выделено пять.семейств: раннее, промежуточное, заключительное, регрессивное и измененное (табл.3).

Периферийная группа содержит один вид алмаза А с наиболее совершенной кристаллической структурой.

В промежуточной группе содержатся два вида алмаза: D и Е. Характеристические признаки первого из них - D совпадают с характеристическими признаками промежуточной области в целом, а второго - Е - со свойствами целых кристаллов алмаза типа На.

Центральная группа содержит семь видов алмаза. Их объединяет ряд общих признаков, характеризующих центрально;/» область. По другим признакам они отличаются. Три онтогенических вида алмаза -G, Н и S отнесены к центральной группе, хотя последовательность их объемного распределения строго не доказана. Основанием для этого послужила общность некоторых свойств с другими видами группы, а также то обстоятельство, что все они образуют самостоятельные кристаллы. Виды алмаза S и С выделены по литературным данным. "

Онтогеническая классификации позволяет предложить рациональный способ комплексного описания неоднородных кристаллов и их сообществ. Чтобы охарактеризовать отдельный кристалл, достаточно

9

Таблвца 2

Классификация алмаза

Классификационные признаки

ГруППА Вид АЖ»ОЛЫ9М рооееявве рент геховскях луче Двупреломлев» * Фотолюмавесцекпия Поглощелае Морфолога*

УФ ИК

Перяфе равная ' А Слабое Отсутствует или яхзхое Дл< 10"* Не возбуждается Х< 800 ям: система ^ К А Жщ »") Глалиограяяая

1 I о А ^ 8 ® 3 в III и 1*1 ? " 8 2В в Высокое Лл-10"*- ю"4 | § | Н I ш Голубая (система М!) и с* 9 ■ Ш III л< 280а» састеш № ||§ ш (111) Ступенчата»

Е Слабое Низкое Дл-10"5- 10"" Не воабузкдается 225км К л - ™ <Ш) Ступ«гчотя

И «в В А Г1 « р. и я • и Р л о к л к я о ■т & 2 ! л и е а - § 1 1 ^ 1 I В в || 1 Оранжева» (системы 578+51) ).< 225нм я ^ г «• в 1 5 (И1> Округлю«

В Зелёная (системы £2) Х<223кк-Ксвст«ма N9) Хяп 8107, Ка-*!а-0 (111) Округлая

С ЯСёлто-эелёяая (системы £1,Я2,£8. 603, 700, 788/798) ).< 260 - ЗООам КЛ~КВ„ 8107 ,<100» {1004111} (100+100) (100)

к в!, £2. Жёлтая (система £/) Х<890ин 8107 (100) (100+110)

с лхБООжх (100) (100+110)

н Оранжево-краевая (системы SS.HI3.1U, 490. лннва оЗб, 576вм, широкая полоса 715вм> Полооы 650-580, вЗО, 700ям .(111)

ж Полупроводник Полосы 1290, 2460, 2810см"1

Таблица 3

Характеристика кристаллов природного алмаза разных семейств

Признаки Семейство кристаллов алмаза

раннее (а) промежуточное {(5> заключительное {р регрессивное (т\} измененное (ш)

Морфология Кубы, округлобугорчатые октаэдры, поликристаллы Грубослоистые октаэдры Острореберные октаэдры Кубы, октаэдры 1. Додекаэдроиды октаэдроиды 2. Кубоиды.

Цвет Бесцветные, желтые, серые Бесцветные, с желтым нацветом Бесцветные Желтые, серые Бесцветные, с желтым нацветом

Двупрелом-ление Очень высокое Высокое зонально-секториальное Зональное, низкое в периферийной области Очень высокое. волокнистая структура 1. Высокое зональ-но-секториальное 2. Очень высокое

Фотолюминесценция Желтая, зеленая оранжевая, нет Голубая Нет в периферийной облати Желтая, желто-зеленая, нет 1. Голубая 2. Желто-зеленая

Внутренняя неоднородность Блочные, волокнистая структура щалД, Зонально-сектори-альная Зонально-сектори-альная 11(а) + (Р) + (у)]0М} Алмазы в оболоч- к© Шажржа)]} Зонально-секто-риальная

Источники Кимберлитовые трубки, россыпи Украины, мантийные ксенолиты, метаморфические комплексы Казахстана Кимберлитовые трубки и жилы, россыпи Кимберлитовые трубки Кимберлитовые трубки и жилы Кимберлитовые жилы; россыпи Урала, Бразилии; лампроитовые трубки; реже -кимберлитовые трубки

выписать индексы составляющих его видов алмаза, суммировать их в группы и указать объемные соотношения между группами и видами. Иерархия таксонов выделена следующим образом: виды алмаза - без скобок, группы видов - круглые скобки (...), кристаллы - квадратные [(...) + (...)] и семейства кристаллов - фигурные {...}. Постгенетическое изменение формы кристалла показано комбинированными скобками [(...) + (...)), из которых большая круглая скобка указывает на кривогранность габитуса. Прочтение выражения слева направо укажет, что кристалл вырос плоскогранным, но позднее приобрел кривогранный облик. Для качественной характеристики объемные соотношения между группами и видами указаны математическими символами », разделив ими соответствующие индексы. Для ко-

личественного описания с предварительно заданной точностью необходимо цифрами указать абсолютную или относительную долю каждого вида и группы алмаза в общем объеме кристалла. В результате для кристалла будет составлено выражение - атогенияеская формула.

Морфологические характеристики закодированы символами: (Ж -октаэдр, 01кЗ - октаэдроид, С - куб, са - кубоид, С-01\ - кубоокта-эдр, ' М) - ромбододекаэдр, юа - додекаэдроид, Б - округлая форма. Возможна дробная морфологическая детализация: 0111- острореберный октаэдр, 0'п2 - октаэдр с незначительным притуплением ребер, ОйЗ -грубослсистый октаэдр, ОШ - двойник октаэдров. Аналогичная детализация возможна и с другими формами. Морфологический символ ставится в качестве подстрочного индекса с правой стороны соответствующих скобок.

Приведем два варианта описания кристалла, содержащего в центре роста включение - омфацит (ОтП.

[ОтГ (К)с « (Б > Е)ОЛ3^(А)]ОЬ1 (2)

[ОшГ 0. 01 (К)с + 0. 55(0. 35Б + 0.20Е)ОМ + 0.44(А)]ОП1 (3) Символы видов и морфологические индексы расположены в порядке временной последовательности их появления в кристалле. Это означает, что в формулах содержится не только полная информация о свойствах и морфологии кристалла, но и указана последовательность минералогических событий при его росте. Преимущества формализованного описания перед словесным очевидны. Емкость подобных выражений можно увеличить, вводя в них любую дополнительную информацию, закодированную символами. Например - о минеральных включениях: химическом составе,, физических характерисках, парагенезисе; о газовом и примесном составе; о изотопии углерода.Особенность сос-

12

тавления формул и кол., -ство вносимой информации определяются конкретными целями и задачами.

Поликристалличность обозначена математическим знаком . Для яснокристаллических агрегатов этот знак расположен перед квадратными скобками кристаллических - перед'круглыми. У секториальных кристаллов символы видов алмаза смежных пирамид <100>^и <111>». кристаллизующихся одновременно, разделены косой чертой.

[<С/0>с-оь + <4)

Для обобщеннной характеристики множеств кристаллов алмаза составляется формула с перечнем семейств и указанием их представительства в данной выборке. Представительность каждого семейства дана в относительных (процентах) или абсолютных (кристаллах) единицах.

{30^ + 55/Ь + 10^ + + о^) (5)

Предложенный способ открывает реальные перспективы для математического описания (анализа) конституции и свойств кристаллов алмаза и последующей обработки данных с помощью ЭВМ. Сбор и накопление подобной информации является- основой для создания кадастров. содержащих полную информацию обо всех разновидностях алмаза из разных источников.

ПОЛОЖЕНИЕ 3.

Между элементами неоднородности, таксономическими единицами и событиями онтогенического цикла алмаза выстраивается схема логического соподчинения (табл.4). Всем выделенным таксонам в иерархическом порядке соответствуют временные отрезки минералообра-зования, ■ образующие в целом дискретную модель генезиса алмаза. В этой модели под онтогеническим циклом (Григорьев, Жабин, 1975) понимается вся совокупность минералогических событий, сопровождающих зарождение, рост и последующие изменения кристаллов алмаза. Отрезки этого Цикла - этапы и стадии, соотвествуют образованию квазиоднородных областей и однородных зон. Условия кристаллизации алмаза в течении каждой стадии предполагаются постоянными, а каждого этапа - изменяющимися в более узких пределах, по сравнению с циклом. В качестве показателя эволюции использовано пересыщение среды углеродом, представляющее сложную функцию температуры, давления и других параметров кристаллизации.

Трем областям соответствуют три этапа онтогенического цикла: ранний, промежуточный и заключительный. На раннем этапе образова-

13

Таблица 4

Онтогеническое соотношение между конституционными, таксономическими и генетическими системами алмаза

Конституция Классификация Генезис

Однородная зона роста Онтогенический вид алмаза Стадия онтогенического цикла

Квазиоднородная область центральная промежуточная периферийная Группа видов центральная промежуточная периферийная Этап онтогенического цикла ранний промежуточный периферийный

Квазиоднородные кристаллы Раннее семейство Онтогенический цикл, оборванный на раннем этапе (ранняя генерация алмаза)

Неоднородные кристаллы Промежуточное семейство {р) Заключительное семейство Су) Онтогенический цикл, оборванный на промежуточном этапе (промежуточная генерация ) Полный онтогенический цикл (заключительная генерация)

Округлые кристаллы Измененное семейство {<о} Измененный этап онтогенического цикла (измененная генерация)■

Алмазы в оболочке > Регрессивное семейство (ц) Регрессивный этап онтогенического цикла (регрессивная генерация)

Многообразие кристаллов Популяция {(Х+З+у+ш+п) Генерации кристаллов, выделившиеся на разных этапах онтогенического цикла

лись зародыши алмаза, из них сформировались центральные области неоднородных кристаллов. Необходимая для образования зародышей дополнительная энергия изыскана минералообразующей системой в результате флуктуаций термодинамических параметров (возрастание давления и снижение температуры). Следствием этого явилось высокое пересыщение и кристаллизация алмаза с высокой скоростью по механизму преимущественно нормального роста. Это сопровождалось образованием многочисленных структурных дефектов - дислокаций, волокнистой структуры, захватом инородных минеральных фаз в виде микрочастиц (менее 10 мкм). Крупные сингенетические включения в центральной области не образовывались, включения-затравки в ней имеют протогенетическую природу. Нормальный механизм роста вызвал отклонения формы центральных областей от идеальной октаэдрической и появление округлой или кубической. На раннем этапе создавались

14

условия кристаллизации с помощью блочного механизма, о чем свидетельствует мозаичное строение алмазов типа На.

При высоком пересыщении, вызванном повышенным давлением, образовался алмазный "-рт. Еще более высокие давления необходимы для генезиса карбонадо и балласов. Это предположение основано на аналогии с условиями синтеза искусственных алмазов, для которых доказана необходимость более высоких.давлений при образовании по-лнкристаллических разновидностей.

Часть кристаллов прекратила свой рост на раннем этапе, выделилась и образовала раннее семейство алмаза Ш. Это квазиоднородные индивиды, сложенные одним из видов алмаза центральной группы: кубы, кристаллы типов IIa, IIb, III и 1в и основная масса поликристаллов - борта, карбонадо, балласов.

Ш = {[ (J.)] +2 [(<*.)] + ßam' (6)

На промежуточном этапе пересыщение снизилось, но было выше равновесного. Соответственно снизилась скорость кристаллизации, уменьшилась доля нормального и увеличилась доля тангенциального роста. Отличительной чертой данного этапа служили периодические колебания условий кристаллизации, запечатленные тонкой октаэдри-ческой зональностью. Согласно положениям неравновесной термодинамики И.Пригожина, это - результат периодических флуктуаций термодинамических параметров. Иногда флуктуации были настолько высокими, что в промежуточной области появились округлые зоны алмаза со свойствами (желто-зеленая фотолюминесценция, микрочастицы)-цент-ральной.

Кристаллы, прекратившие рост на данном этапе, образовали промежуточное семейство алмаза {f>}. Их морфологические и физические характеристики обычно приписывают природным алмазам в целом.

(Ji) - {[«.) + (jb)]0h3J (7)

Это семейство пребладает в общей массе алмазов из многих кимбер-литовых трубок, что указывает на длительность и продуктивность промежуточного этапа в алмазообразующем процессе:

Заключительный этап, судя^ по особенностям периферийной области, проходил в стабильных и свободных условиях, близких к условиям термодинамического равновесия. Кристаллы, прошедшие все три главных этапа онтогенического цикла, завершили рост гладког-ранными октаэдрами с острыми ребрами и образовали заключительное семейство {}).

ф = lt WO + f) + (j)l0M> - (8)

О фазовом состоянии . среды кристаллизации на главных этапах свидетельствуют особенности квазиоднородных областей и целых кристаллов соответствующих семейств. Искажение облика, скелетное строение, встречающееся,у кристаллов раннего семейства, дефектность их кристаллической структуры, следы сингенетических механических сколов центральных областей указывают на механическую активность, среды минералообразовакия. Обе возможности могли реализоваться в вязкой, частично твердой фазе. Характеристические признаки периферийной области и кристаллов заключительного семейства свидетельствуют в пользу роста в свободных, ничем не стесненных условиях, в жидкой фазе.

Для объяснения морфологического многообразия алмаза использовано два дополнительных этапа - регрессивный и. измененный. Формирование алмазов в "оболочке" во время регрессивного этапа хорошо объясняется возобновлением условий образования центральной области, когда в результате флуктуации в системе кристаллизации резко возросло пересыщение. Это вытекает из общих свойств алмаза (волокнистая структура, ИК-полосы 3107 и 1405 см"1., отсутствие системы В2, микрочастицы) оболочки и двух видов G или К центральной группы. На это же указывает тенденция смены октаэдрического габитуса на кубический с увеличением толщины оболочки (рис. поз.12; Орлов, 1973; Коломийцев, Якубова, 1976). Регрессивный этап в онтогеническом цикле алмазов в оболочке следовал за промежуточным, а заключительный - отсутствовал.

Регрессивное семейство содержит алмазы в оболочке разновидности IY, монокристаллы, обросшие бортом и неоднородные кубы разновидностями II и III. Их ядрами служат кристаллы промежуточного семейства, а оболочкой - один из видов центральной группы.

Равноправными в эволюции алмаза были отклонения со снижением пересыщения вплоть до ненасыщения, что явилось причиной частичного растворения плоскогранных кристаллов. Измененный этап в онтогении додекаэдроидов С (Л) + (р))са и октаэдроидов [(¿) + (]Ь))0П4 следовал за промежуточным, а кубоидов [(М)са - за ранним.

(Ы) = ША))М +[«.) + .(Ю)

Весь онтогенический цикл алмаза может быть представлен схемой (11), где одинарные стрелки - рост, двойные прекращение роста (выделение семёйств алмаза) и волнистая-линия - растворение. Рост одних кристаллов продолжался в течение всего цикла (заключитель-

(9)

[(«Ш —•*»[&) + (]i)l -* [(dD + (Jl) + {¿)]

[(d))

(11)

ное семейство), других - обрывался на одном из этапов. Отсюда естественное объяснение находит широкое разнообразие физических и морфологических видоизменений алмаза.

Алмазы октаэдрического габитуса имеют зонально-секториальную неоднородность (Варшавский; Милювене; Гуркина, Миусков; Lang, Suzuki; Seal; Harrison, Tolansky; Геншафт, Якубова; Бартошинс-кий). Среди них выделено четыре группы, относящиеся к разным семействам: 1) острореберные октаэдры заключительного семейства Ofy ; 2) грубослоистые октаэдры промежуточного - Ohp ; 3) октаэдры раннего - Oh^n 4) октаэдры алмазов в оболочке регрессивного семейства Ohv£. Подстрочным индексом указана принадлежность к семейству.

Основные свойства октаэдров Oh ^(правильная форма, высокая прозрачность, смещение границы УФ-прозрачности до 300-330 нм, высокий коэффициент поглощения полос системы А в УФ и ИК-спектрах, низкая интенсивность ИК-системы В2, отсутствие фотолюминесценции в поверхностных слоях) связаны с периферийной областью (рис. поз.1,2,4-6). В зависимости от относительных размеров этой области они характеризованы:

Грубослоистые октаэдры ОЬЗ^не имеют периферийной области (рис. поз.3). Их главные свойства: высокое зонально-секториальное двупреломление; экстраотражения на лауэграммах; граница прозрачности < 280-300 нм! система N3 и полосы 270 и 280 нм в УФ-спект-ре/ активная ИК-система В2 (Квг *>, К^К^); голубая фотолюминесценция; формируются промежуточной областью. Формула октаэдров Ой^

+ + ^оьз.опг Октаэдры 011^ содержат преимущественно центральную область.

[(<*-) + (ji) > (А)] [(<М + (Ji) < (А)]

Ohl

Ohl

(12) (13)

Рис. Типы внутренних структур кристаллов алмаза: 1,2 - острореберные октаэдры с тремя областями; 3 - грубослоистый октаэдр; 4,5,6 - секториальные октаэдры; 7.8 -ромбододекаэдры с зонами по (110); 9 - додекаэдроид; 10,11,12 - кубы; 13 - сферокрис-талл (Природные..., 1986), 14,15 - мозаичные алмазы типа Па.

периферийной не имеют, а промежуточная область иногда наблюдается в виде узкой зоны. Это резко скульптированные кристаллы, сохранившие только реликты граней {111}. Их отличает высокое содержание структурных дефектов; высокое двупреломление; зеленая, желтая, желто-зеленая или оранжевая фотолюминесценция; часто низкая прозрачность и окраска. Наблюдаются октаэдры

- физического типа III - UB)l0h или [(В) >> (E+D)]Qh (15)

- типа Па - [(F)]Qh (16)

- коричневые типа la - [(H)]0 (17) Оболочка октаэдров регрессивного семейства Ohg образована

алмазом двух онтогенических видов К и G

[(4) + (JD > (К)]оп (18)

[(¿Л + (Ji) > (G))0h (19)

Кристаллы ромбододекаэдрического габитуса с гладкими гранями и острыми ребрами среди природных алмазов не встречаются, но существуют два близких к ним морфологических типа - кривогранные додекаэдроиды с "гранным швом" и почти плоскогранные ромбододекаэдры, покрытые комбинационной штриховкой.

Кристаллография додекаэдроидов из уральских россыпей изучалась И.И. Шафрановским, А.Е.Ферсманом. А.А.Кухаренко и Ю.Л.Орловым, физические свойства - Г.0.Гомоном, М.А.Гневушевым, Е.И. Шема-ниной. Додекаэдроиды не имеют периферийной области, обнаруживают' зональное строение по {111} Это сближает их с грубослоистыми октаэдрами, а сечение прямолинейной октаэдрической зональности округлой поверхностью свидетельствует о их растворении. Отсюда аналогия развития грубослоистых октаэдров и додекаэдроидов на раннем и промежуточном этапах и последующие различия эволюции, когда в результате растворения грубослоистые октаэдры превратились в кривогранные додекаэдроиды.

IW + (E +D)])0h3-> [(*) + (Е + D)0h3)Di (20)

Почти плоскогранные ромбододекаэдры, покрытые комбинационной штриховкой, .среди алмазов встречаются редко, внутреннее строение и физические свойства у них ранее не изучались. В вырезанных из двух таких образцов по (110) пластинах обнаружена ранее неизвестная для природного алмаза зональность по ромбододекаэдру, проявляющаяся серией дискретных концентрических зон в виде гексагонов по {110}. Ядром одного кристалла служит округлое образование (рис. поз.7), другого - куб (рис. поз. 8) со свойствами алмаза вида К. Ромбододекаэдрические зоны имеют признаки алмаза вида Н

19

(отсутствие дефектов В2, высокая плотность дислокаций, спектр желто-зеленой фотолюминесценции). Плоскогранные ромбододекаэдры могут быть охарактеризованы формулами

Алмазы кубического габитуса по онтогеническим особенностям разделяются на простые и-сложные. Первые Соотносятся к раннему семейству, вторые к регрессивному. Общей характерной чертой анатомии кубов разновидности II (желтые) и III (серые) служит волокнистая структура в виде лучей, развивающихся из центра к вершинам куба (Moore, Lang; Мартовицкий; Геншафт, Якубова). Кубы обеих разновидностей характеризуют признаки алмаза центральной группы: 1) желто-зеленая фотолюминесценция; 2) низкая активность системы В2 (К1365 < 5 см"1), основная полоса может расщепляться на две самостоятельные), ИК-полосы 1405 и 3107 см"1; 3) высокая плотность структурных дефектов. В неоднородности кубов реализуются три возможности: 1) волокнистая структура (рис. поз.10); 2) волокнистая структура + зональность по (100) (рис. поз.11); 3) волокнистая структура + зональность по (100) + октаэдрическое ядро (рис. поз.12).

Первая возможность встречается у кубов разновидности II:

и серых кубов разновидности III

Е(G)]с. (24)

Вторая возможность неднородности реализуется в алмазах разновидности II' кубическими зонами с четкими почти прямолинейными контурами и зубчатым профилем. Тонкие зоны сгруппированы в более широкие, желтого цвета разной насыщенности. С интенсивностью окраски коррелирует оптическая плотность. Ядро кристаллов имеет свойства алмаза (цвет, спектр ИК-поглощения и фотолюминесценции) не второй, а третьей разновидности. Подобные кристаллы могут быть охарактеризованы

t(G)c + (К)]с (25)

В алмазах разновидности 'III этот случай прослеживается зонами (100) разной прозрачности серой или.коричневой окраски на фоне волокнистой структуры. Окраска обусловлена микрочастицами, не превышающими 10 мкм. Эти индивиды описываются формулой (24).

Третья возможность проявления неоднородности у кубического образца разновидности II проявляется ядром октаэдрической фор-

[(Hs < H)3Rb, [(Кс <Н)]ВЬ,

(21) (22)

ЦК)1С,

0*)

мы с физическими свойствами, отличными от соответствующих свойств кубической оболочки. В последней возбуждается желтое свечение, в октаэдрическом ядре - с голубой составляющей. Кристалл описывается формулой

[(Л) + (Е + Ю)0Й < (К)]с. (26)

Сложную и интересную историю роста обнаружил один из кубов разновидности III из трубки Удачная. Его.формула

[(G/D>c-on + + <G>V <27>

Эволюция алмаза наиболее полно прослеживается в октаэдрах Oh

заключительного семейства.

^s.c.on —> + (Я]оиз ~> ' <28>

—> S.C.Oh +<Яоьз + WW

Обобщенный гомологический ряд-распадается на серию:

-> + <Е + D>5oh3 -> (29)

-> t(B)oh + (Е -ь D)0h3 + (А)]ом.

(К)]с ->[(К)С + (Е + D)]oh3 -> (30)

-> КК)с + <Е + °>о„з + {A)]0M.

(F)]s -> [(F)s + (Е 4- D)]0h3 -> (31)

-> t(F)s + (Е + D)0h3 + (A)]oh

Ч^с-о* -> №>с-оъ + <Е + 0)]опз -> (32)

-> t(G>c-oh + <Е+0>опз + (А)]ом.

[(С)]с -> [(С)с + (Е + 0)1оьз -> (33)

-> «С), + (Е + П)оьз + (А)]ом.

[(Н)]оь -> [(Н)оь + (Е + П)]ом -> (34)

-> [<Н>оп + <Е+0>оьз + "»ом

Эволюция октаэдров 01^ промежуточного семейства описывается

укороченным рядом:

[^]з.с,оп -> + (Я]опз <35)

Этот ряд,- в свою очередь, можно разложить на серию специализированных, отличающихся от предыдущей серии отсутствием заключительного члена.

Эволюция додекаэдроидов Бб в общем случае характеризуется гомологическим рядом

[(*)] -> И<С) + (Е + Ю)]опз -> (36)

—> [ф + (Е + П))ва Эволюция кубических кристаллов С регрессивного семейства распадается на два периода; начальный совпадает с эволюцией гру-бослоистых октаэдров ОЬ^, а завершающий - с конечной стадией алмазов в оболочке 0Г1 л

^ 21

[(сШ -> Н4,} + (]Ь) ]0113 -> (37)

-> [(4) + (Е + 0)опз + <К)]С

[(<Ш -> К«.) + (Р>)30ПЗ -> (38)

-> Ш + (Е + 0)оьз + (С)]с

По приведенным формулам выстраивается единая последовательность минералогических событий в онтогении алмаза, выраженная в кристалломорфологических терминах: сфероид-> куб--> ромбододекаэдр -> грубослоистый октаэдр -> острореберный октаэдр. Или символами

Б-> С -> Ш5 -> ОПЗ -> ОМ (39)

От нее ответвляются две эволюционные цепочки -' додекаэдроидов и алмазов в оболочке:

{С(3И) (Бй«} {0МИ} (40)

где в фигурных скобках даны кристалломорфологические группы с указанием принадлежности к семействам алмаза.

ПОЛОЖЕНИЕ 4.

Идентификация и сравнительный анализ алмазов из месторождений разного генезиса крайне важны в алмазоведении. Особенно при анализе алмазов из новых или неустановленных источников. Обычно их сравнивают с алмазами из кимберлитовых трубок. Вместе с тем такое сравнение малоинформативно, поскольку последние характеризуются широчайшим разнообразием морфологии и физических свойств. В качестве критерия для сравнительного анализа мы предлагаем рассмотреть.онтогенические особенности алмазов. Эти же особенности предлагаются в качестве универсального типоморфного признака. Возможности данного предложения продемонстрированы на примере алмазов из мантийных ксенолитов', кимберлитовых трубок и жил, россыпей Урала, лампроитов Австралии.

Мантийные ксенолиты. Впервые выполнено комплексное изучение (морфология и физические свойства - спектры люминесценции, поглощения ИК-света) 43 алмазов из 17 глубинных ксенолитов, из которых

22

один представлен гранатовым перидотитом, два - гранатовыми пирок-сенитами. остальные - кианитовыми и биминеральными эклогитами. Установлено:

1. В одном ксенолите присутствуют кристаллы одной формы и с одинаковыми физическими свойствами.

2. Между минеральным составом ксенолитов и кристаллморфоло-гией алмазов из них намечается зависимость в виде тенденции. Кубическая форма характеризует алмазы из кианитовых эклогитов и встречается в биминеральных чаще, чем в кмберлитах, в целом. В пироксенитах и перидотите наблюдаются октаэдры, кубы отсутствуют и, по литературным сведениям, отмечаются додекаэдроиды. В алмазах из эклогитов возбуждается желто-зеленое свечение, из пироксенитов и перидотита - голубое.

3. Спектральные характеристики фотолюминесценции алмазов из ксенолитов получены впервые. В спектре эклогитовых алмазных кубов содержится полоса 545 нм с системами 489, S3, 788 и 793. Система N3 для них не типична и проявляется только у алмазов в оболочке. В спектре перидотитовых и пироксенитовых алмазов имеются системы N3, 490, НЗ, Н4 и широкая интенсивная полоса 715 нм.

4. ИК-спектры записаны у 15 эклогитовых, одного перидотито-вого и одного пироксенитового кристаллов. В них неизменна полоса 3107 см"1 (активная у эклогитовых). В некоторых эклогитовых кристаллах установлены полосы 835 и 880; 1450 и 1660 и широкая 3440 см"1. Они слабые в желтых и зеленых кубах и интенсивные в серых. Два алмаза в оболочке из эклогитов, алмазы из перидотитами пирок-сенита содержат полосу 1375-1380 см"1.

Алмазы из кианитовых эклогитов описываются формулами (23) и (24), встречающиеся среди них алмазы в оболочке регрессивного семейства - формулой (26), а октаэдры и шпинелевые двойников из пироксенитов и перидотита следующим выражением:

В целом, для кристаллов из ксенолитов общей будет формула

{ » /Ъ Ä £ .) (42)

В ней преобладают алмазы раннего семейства, незначительно представлены - промежуточного и регрессивного. Последние являются, вероятно, кристаллами из биминеральных эклогитов.

Типоморфные признаки алмазов из ксенолитов.

Из эклогитов: кубическая форма, желто-зеленая фотолюминесценция (системы 489, N3 и 793), ИК полоса 3107 см"1, отсутствие

23

Ж - системы В2. В них отсутствуют пластинчатые по (100) дефекты и характерны связи С-Н. В некоторых имеются микрочастицы воды и карбонатов. У алмазов из кианитовых эклогитов эти свойства постоянны, из биминеральных - проявляются тенденцией.

Из перидотитов и пироксенитов: октаэдрическая форма, голубая фотолюминесценция (системы N3, НЗ, Н4 и 490); дефекты В2. Часть алмазов подвергалась механической деформации.

Кимберлитовые жилы наряду.с трубками являются алмазными месторождениями кимберлитовой формации. Алмазоносность околотрубочных жил, предваряющих становление кимберлитовых диатрем, изменяется от убогой до высокой (Трофимов; Зубарев).

По результатам качественного анализа морфологии и фотолюми-несции алмазов из околотрубочных жил, сопряженных с трубками Мир, Удачная и Интернациональная и, литературным сведениям (Афанасьев и др.; Клопотов, Аргунов;.Жихарева, Зудин) выделены их типоморф-ные признаки и онтогенические особенности. Типоморфными признаками для них являются:- 1) преобладание додекаэдроидов (в порядке убывания встречаемости: додекаэдроиды и их сростки > кристаллы без кристаллографических очертаний > кубы и их сростки > обломки октаэдров); 2) низкое качество кристаллов, высокое содержание структурных дефектов и включений; 3) повышенное количество окрашенных индивидов (коричневые, желтые, нередки и бесцветные); 4) следы пластической деформации и магматического растворения; 5) высокое содержание (от 20 до 50% в разных жилах) алмазов с желтым, зеленым и оранжевым свечением, голубое встречается реже. У типичных додекаэдроидов из жил (тр. Удачная) записаны спектры ИК-поглощения и фотолюминесценции.

Онтогенический анализ показывает, что алмазы из кимберлитовых жил выделились на раннем и промежуточном этапах, а затем подверглись процессам растворения. Среди них преобладают относящиеся к измененному семейству {Ш и представлены кристаллы раннего семейства {<)»). Алмазы в оболочке ty) из даек Западной Африки описаны Б.М.Зубаревым. Алмазы заключительного семейства (р в кимберлитовых жилах нами не наблюдались и в известной литературе не . описаны. Обобщенной для алмазов из кимберлитовых жил будет онто-геническая формула (10), всю их популяцию можно охарактеризовать формулой

{ dv > fb « 60 ) (43)

Россыпрые месторождения Урала содержат алмазы с кривогранной

24

морфологией (додеказдроида - 60-90%, октаэдроиды, редко кубы) и голубой люминесценцией (Кухаренко; Орлов; Гневушев, Шеманина). При уменьшении размера доля кристаллов с голубым свечением сокращается, а с желто-зеленым - возрастает. Детальное изучение нескольких додекаэдроидов, наблюдение фотолюминесценции и под поляризационным микроскопом больших партий ювелирных алмазов из россыпей Урала показали, что у них развита промежуточная и отсутствует периферийная область. Уральские алмазы относятся к измененному семейству {0>}. а их популяция оценивается формулой

{ Л < ft « W } (44)

Лампроиты Западной Австралии подтверждают факт существования алмазоносных магматических пород некимберлитовой природы. Онтоге-нический анализ лампроитовых алмазов выполнен по литературным данным. Характерными чертами алмазов из трубок двух лампроитовых полей (Hall, Smith, 1984) являются: 1) преобладание додекаэдроидов; отсутствие кубов и редкость октаэдров; 2) высокое содержание камней с каналами травления; 3) преобладание кристаллов с минеральными включениями. Физические характеристики алмазов из ламп-роитов изучены мало, отмечается их общее сходство с кимберлитовы-ми. Харрис и Коллинз отмечают уникальность ИК-спектров алмазов лампроитовой трубки Аргайл на основании низкого коэффициента полосы 1282 см-1 (85% алмазов) и высокого - полосы 1365 см"1 (в 75% случаев Kg > К 2). Это действительно редкость для кимберли-товых алмазов, но являетсся обычным для алмаза онтогенического вида D и промежуточной области (табл. 1,2). Из этого следует, что лампроитовые алмазы не имеют периферийной области и среди них преобладают кристаллы измененного семейства и незначительно представлены - раннего и промежуточного. В целом для них справедливо выражение (44).

Кимберлитовые трубки. Алмазы из них представлены большим разнообразием физических свойств и морфологии. С изменением размера критсталлов статистически изменяются их общие свойства. У мелких возрастает роль поверхностей (100) и (110) и снижается значение (111) (Бартошинский; Гневушев и др.; Патушинская, Шалаев; Варшавский, Буланова; Жихарева; Квасница), а по данным То-ланского повышено содержание кристаллов типа Па.

По сравнению с крупными у мелких алмазов чаще отмечается желто-зеленая, зеленая или желтая фотолюминесценция. Это подтверждено нашими результатами просмотра большого количества крис-

25

таллов из трубок Мир, Айхал, Удачная. В спектрах фотолюминесценции 125 мелких (<1мм) кристаллов из этих трубок содержатся системы N3, НЗ, Н4 и 490. Спектры такого вида характеризуют алмаз он-тогенического вида Н. Встречаются системы S2, 788/793 и широкие полосы 590, 600 или 715 нм. Последняя - у коричневых алмазов.

Онтогенический анализ свидетельствует об отношении мелких алмазов кимберлитовых трубок к раннему семейству Ш. С увеличением размера кристаллов возрастает роль промежуточного семейства {JV>. При дальнейшем увеличении размера сначала появляется, а затем статистически возрастает количество алмазов заключительного семейства ф. Встречаются среда них алмазы в оболочке и кривог-ранные кристаллы. Это свидетельствует в пользу того, что алмазы из кимберлитовых трубок представлены всеми пятью семействами, а их онтогенический цикл был самым полным и включал все пять соответствующих этапов. Подчеркнем, что только в онтогеническом цикле алмазов из кимберлитовых трубок надежно установлен заключительный этап, ь то время как у алмазов иного генезиса он, вероятно, отсутствовал. Нет доказательств, что этот этап существовал в онтогеническом цикле всех трубок. Скорее наоборот - в трубках с доминирующим содержанием раннего или промежуточного семейства алмаза (например трубка Дьянга) заключительный этап мог отсутствовать.

Популяции алмазов в разных кимберлитовых трубках отличаются и описываются разными онтогеническими формулами, самая полная из которых

{А + J- + I + (0 } (45)

В конкретных трубках возможны ее разнообразные вариации.

В завершение алмазы из кимберлитовых трубок сравним с алмазами из других источников. Это удобно сделать на схеме (46). По сравнению с кимберлитовыми алмазы другого происхождения, включая и алмазы из' кимберлитовых жил, характеризуются: а) более узкими и определенными интервалами спектра морфологических и физических свойств, б) каждый интервал этих свойств можно сопоставить с узкой йстью из широкого спектра соотвествующих свойств алмазов кимберлитовых трубок.

Из этой схемы вытекает.важный вывод. По совокупности свойств лампроитовые алмазы близки к алмазам из кимберлитовых жил, и описываются одной и той же формулой (44), что и алмазы россыпей Урала и Севера Якутии. Это открывает новые перспективы для поиска

ш

-> {(Ь)

Кимберлитовые трубки

У)

' > г

-> С«}

{Ь+р> + ^ + ^ + 00 }

Мантийные ксенолиты { ^ >>^ ~ £ )

Кимберлитовые жилы { ¿у > ^ << (О }

Россыпные месторождения Урала {¿»< ^ <<¿0 }

Лампроиты Австралии { <К < £ << (Л }

(46)

коренных источников россыпных алмазов, в качестве которых возможны и лампроитовые породы.

Заключение

Опыт использования онтогенического подхода для изучения алмаза показал безусловную перспективность избранного направления. Применение .этого метода оказалось полезным для дешифрирования природы физических свойств алмаза и ' прочтения его генетической истории. В рамках онтогенического подхода логически объединяются два ранее мало связанных между собой направления в исследоваии алмазов: минералогическое и физическое.

Ведущей идеей онтогенического подхода к изучению алмаза является представление о направленном изменении всех его свойств в процессе роста кристаллов, как следствие эволюции среды кристаллизации от неравновесного состояния к равновесному. Суть этого

27

подхода состоит в следующем: 1) для изучения всех свойств алмаза в объеме кристалла необходимо выделять квазиоднородные области; 2) в онтогеническом цикле алмаза следует различать этапы и стадии; 3) для рациональной классификации алмаза необходимо использовать внутривидовые, по отношению к классификации минералов, таксоны разных иерархических рангов.

Это предоставляет следующие возможности.

1. Позволяет свернуть в компактные онтогенические формулы всю информацию о свойствах и происхождении алмазов. Содержащаяся в них в формализованнном виде информация одиноково доступна исследователям разных научных направлений и работникам сферы производства. Массивы онтогенических.формул можно накапливать, хранить и обрабатывать с помощью ЭВМ. В перспективе реально создание полных кадастров о свойствах и генетической истории алмазов из всех месторождений.

2. Предоставляет исследователям надежный способ прочтения индивидуальной истории каждого алмаза. По -характеру физических свойств, морфологическим особенностям и порядку объемного распределения квазиоднородных областей можно восстановить условия кристаллизации алмаза-на каждом этапе и временную последовательность эволюции этих условий.

3. Становится возможным объяснить разнообразие физических и морфологических видоизменений алмаза прекращением эволюции кристаллов на разных этапах онтогенического цикла.

4. Позволяет сравнивать между собой алмазы из месторождений, разобщенных в пространстве или даже из месторождений разного происхождения. Сравненительными признаками предлагаются удельные соотношения каждого из пяти семейств алмаза, представленных в месторождении. Информация кодируется в онтогенические формулы, являющиеся типоморфными для каждого месторождения.

5. Дает новые возможности дешифрирования природы, во многом еще неясных, алмазных свойств. На этом пути, обычным и хорошо зарекомендовавшим себя приемом, является поиск корреляций между различными физическими свойствами алмаза. При этом часто игнорируются анатомические особенности кристаллов. В результате этого в полученных выводах содержится большая ошибка, поскольку сравниваются пространственно разобщенные физические свойства. Онтогения алмаза указывает, что корректные результаты могут быть получены только при проведении исследований, локализованных в одних и тех

28

же квазиоднородных областях.

6. Открывает новые возможности рационального использования алмаза путем выделения в неоднородных кристаллах участков с наиболее ценными свойствами для промышленного использования. По ре-коменда11ии автора изготовлен детектор ядерного излучения из части алмаза, который в виде целого кристаллла необходимых свойств не обнаруживал.

7. Свидетельствует о ранее неизвестных свойствах алмаза. Объемное изменение конституционных особенностей и физических свойств алмаза от центральной области к периферийной отражает стремление кристаллической структуры алмазной решетки к совершенству (снижению энтропии).

8. Позволяет прогнозировать новые качества алмаза. Аналогия между направлением объемного изменения свойств алмаза в неоднородных кристаллах и векторный характер статистического изменения свойств алмазов из месторождений - от южной части "центра Сибирской платформы к северной позволяет нам сделать следующий прогноз. В неоднородных кристаллах заключительного семейства в направлении к их центру следует ожидать обогащения легким изотопом углерода и возрастания среди инородных минеральных включений роли эклогито-вого парагенезиса. В качестве второго прогноза можно рассмотреть уже сделаннное нами предположение о том. что кореннными источниками алмазов из россыпей Урала и Севера Якутии, возможно являются лампритовые породы. Надеемся, что реальность обоих прогнозов окажется возможным проверить уже в ближайшем будущем.

9. Онтогенический подход к изучению алмаза является дальней-щим развитием онтогенического метода, предложенного Д.П. Григорьевым и его последователями (А.Г.Жабин, Н.П.Юшкин, Д. А.Минеев, Н.З.Евзикова, В.-И.Павлишин, Ю.Б.Марин и другие). Несмотря на отдельные особые качества природный алмаз в остальных своих проявлениях занимает рядовую позицию среди других представителей минерального мира. Отсюда естественно предположить, что основные выводы, полученнные для онтогении алмаза не являются узкоспециализированными для одного минеральното вида, а могут быть справедливы и для онтогении минералов в целом. Автор надеется, что проделанная им работа будет этому способствовать.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Бескрованов В. В. Онтогения алмаза.-И.: Наука. 1992. 167 с.

, 29

2. Бескрованов В. В. Принципы классификации алмаза// Минералогия: Докл. сов. геол. на 28-й сес. Междунар.геол. конг. (Вашингтон, июль 1989 Г.). М., 1989. С. 27-33.

3. Бескрованов В.В., Специус З.В., Малоголовец В.Г., Хренов А. Я.. Полкаков Ю.А. Морфология и физические свойства алмаза из мантийных ксенолитов//Минералог, журнал. 1991. N5. С. 32-41.

4. Бескрованов В.В.. З.В. Слециус. Сравнительная характеристика алмазов из кимберлитов и эклогитовых ксенолитов// Состав и процессы глубинных зон континентальной литосферы (Нов-ск, 30 мая - 2 июня 1985 г.): Тез. докл. междунар. симпоз. Новосибирск: Ин-т геологии и геофизики СО АН СССР, 1985. С. 12-14.

5. Бескрованов В.В. Об истории роста природных алмазов// Самородное минералообразование в магматическом процессе: Тез. докл. Якутск: ЯФ СО АН СССР. 1981. С. 159-164.

6. Бескрованов В.В. Оптическая топография и история роста природных алмазов// Генетическая информация в минералах. Минералогический сборник N 7. Сыктывкар. 1981. С. 43-44.

7. Бескрованов В. В. Некоторые особенности эволюции формы природных- алмазов в процессе их роста// Науч. методы прогн-ия, поисков и оценки месторожд. алмазов: Тез. докл. 1У Всес. сов. (Симферополь, 13-15 мая 1980 г.). Новосибирск. 1980. С. 101.

8. Бескрованов В.В. К вопросу о связи внутреннего строения природных алмазов с их механическими свойствами// Состояние и перспективы развития бриллиантового производства в 1981-85 гг: Тез. докл. 1У Всесоюз. конф.. М., 1981. С 3-5.

9. Бескрованов В.В. Новые данные о спектрах ИК поглощения природных алмазов// Генетические аспекты физ. свойств и мин-гии природного алмаза. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1981. С. .29-37.

10. Бескрованов В. В. Классификация алмазного вещества// Минералы углерода в эндогенных процессах: Тез. докл. Всесоюз. конф. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1981. С. 29-32.

11. Бескрованов В.В., Геншафт Ю. С. К вопросу о генезисе округлых форм кристаллов природного алмаза. Там же. С. 32-36.

12. Бескрованов В.В. Онтогения природных алмазов// Второе Всесоюз. совещ. по геохимии углерода (Москва, 29 сент. - 1 окт. 1986 г.): Тез. докл. М.: ГЕОХИ, 1985. С. 60-62.

13. Бескрованов В.В., Буланова Г.П. Онтогенический подход к исследованию алмазов //У Всесоюз. симпоз. по кинетике и динамике геох. пр-в (Черноголовка, 23 - 25 мая 1989 г.): Тез. докл. Черно-

30

головка: Ин-т эксп.. минерал. АН СССР., , 1989. С. 29-31.

14. Бескрованов В.В. Классификация алмазного вещества и ее возможности для рационального использования алмазов// Основ, пробл. и пути сов-ния технолог, обогащ. природ, алмазов на основе использ. их физ. свойств: Тез. докл. Всес. науч.-техн. сов. М.: ЦНИИцветмет эконом, и информ. 1987. С. 31-32.

15. ДубС.Н., Мальнев В.И., Бескрованов В. В., Малоголовец В.Г. Трещиностойкость кристаллов природного алмаза. Там же. С. 49-50.

16. Бескрованов В.В., Подзярей Г.А., Малоголовец В.Г., В.М.Лапушков. Объемные вариации физических свойств у алмазов второй разновидности// Электронный парамагнитный резонанс и оптическая спектроскопия дефектов и примесей в алмазе: Тез. докл. 1У ме-жотрасл. семинара (Бишкек, 12-15 сентября 1991 г.): Бишкек: ВНИИ-синтеза минерального сырья Мингео СССР. 1991. С. 30-32

17. Тимофеев В.Е.. Штыгашев И.Е., Бескрованов В.В., Салтыков Л.С., Кадкин Е.П. Особенности работы сцинтилляционного детектора ядерного излучения на основе природного алмаза. Там же. С. 37.

18. Бескрованов В.В. Исследование влияния дефектов алмазного сырья на размерную обработку и качество бриллиантов// Основы и персп. развития алмазообрабат. пр-ва в ХП-ХШ пятилетках: Тез. докл. У Всес. науч. - техн. конф. М., 1989. С. 67-68.

19. Бескрованов В.В., Бочаров A.M. О механизме электроэрозионного изнашивания при размерной обработке алмазов Там же. С. 40-41.

20. Г.П.Буланова, Бескрованов В.В., Тальникова С.Б. Онтоге-нический подход к изучению включений в алмазе// Глубинный магматизм и эволюция литосферы Сибирской платформы: Тез. докл. между-нар. полевого семинара. Новосибирск, 1990. С. 21-22 .

21. Тимофеев В.Е., Штыгашев И.Е.. Бескрованов В.В., Салтыков Л. С., Кадкин Е.П. Сцинтилляционный детектор заряженных частиц на основе природного алмаза// Проблемы применения алмаза в электронике: Тез. докл. П конф. М., 1992. С. 9.

22. Шкодзинский B.C., Бескрованов В.В. Эволюция кимберли-то-вых магм и генезис алмаза// Записки Всеросс. минерал, о-ва. 1992. N 6. С. 21 - 32.

23. Шкодзинский B.C., Зольников Г.В., Бескрованов В.В. Количественная модель кимберлитовых магм и генезис кимберлитов // Вулканизм в структ. Земли и различи, геодинамических обстановках:

31

Тез. докл. УП вулканолог, совещ. и IX палеовулканолог, симпоз. Иркутск: Ин-т земной коры СО РАН. 1992. С. 120-121.

24. Bescrovanov V.V. The growth history of- the natural diamonds //IV Int. Kimberl. Conf.: Abst. Perth, 1986. P. 341-343.

25. Bescrovanov V.V., Chepizgnll K.I. Symmetry distortion in Yakutian diamonds // Twelfth European Crystall. Meeting (Moscow. Aug. 20-29, 1989): Collect. Abst. Vol. 1..P. 47.

26. Novicov N.V., Dub S.N., Malnev V. I., Bescrovanov V.V. Mechanical properties of natural diamond at 1200 С //Intern, conf. "Diamond 1992" (Heidelberg, August 31 - September 4, 1992): Abstracts, Poster Session N 13151.